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Centro Universitario de la Defensa
en la Escuela Naval Militar
TRABAJO FIN DE GRADO
Análisis de la influencia de la envolvente en la demanda térmica y propuestas de mejora del
Cuartel Francisco Moreno mediante simulación con Trnsys.
Grado en Ingeniería Mecánica
ALUMNO:
Rubén Magadán Tomás
DIRECTORES:
Guillermo Lareo Calviño
Miguel Ángel Álvarez Feijoo
CURSO ACADÉMICO:
2015-2016
Centro Universitario de la Defensa
en la Escuela Naval Militar
TRABAJO FIN DE GRADO
Análisis de la influencia de la envolvente en la demanda térmica
y propuestas de mejora del Cuartel Francisco Moreno mediante
simulación con Trnsys.
Grado en Ingeniería Mecánica
Intensificación en Tecnología Naval
Cuerpo General
RESUMEN
Este trabajo tiene como finalidad el análisis de la demanda energética en función de la envolvente
térmica (el conjunto de cerramientos y huecos) del cuartel de alumnos Francisco Moreno en la Escuela
Naval Militar de Marín.
Para llevar a cabo el estudio, se ha evaluado el nivel de demanda térmica (calefacción) actual,
comparándolo con los consumos del año 2015. Para ello, se ha definido un modelo de simulación
mediante software SketchUp y Trnsys, y se han propuesto soluciones para la rehabilitación de su
envolvente, evaluando la nueva demanda, y la viabilidad de dichas propuestas. Con estos resultados, se
ha podido establecer una comparativa entre las distintas soluciones.
Dichas soluciones se han seleccionado por ser las más frecuentemente utilizadas: Aplicación de un
Sistema de Aislamiento Térmico Exterior (SATE), insuflación de aislamientos en cámaras de aire de
fachadas y cambio de cristalerías de hoja simple por otras de doble hoja más aislantes.
Se ha constatado la importancia de la calidad de la envolvente en la demanda. Este hecho justificaría
la tendencia creciente de rehabilitación térmica en un gran número de construcciones existentes del
parque edificatorio europeo, así como el cumplimiento de los objetivos planteados en el Plan de Acción
2010 de la Armada.
PALABRAS CLAVE
Rehabilitación de la envolvente térmica, Demanda Energética, Eficiencia energética, Ahorro
energético, Trnsys.
i
AGRADECIMIENTOS
Una vez finalizado este trabajo, que ha estado lleno de complicaciones, llega el momento de evaluar
objetivamente las distintas aportaciones de algunas personas e instituciones, sin las cuales, el mismo no
hubiera llegado a buen término. Es por ello una gran satisfacción hacer justicia a sus aportaciones,
dedicándoles este apartado de agradecimientos.
En primer lugar, quiero agradecer tanto a mis padres, como a mi familia, el constante apoyo que me
han dado, no sólo durante el transcurso de este trabajo y de mi carrera, sino a lo largo de toda mi vida.
Deseo también mostrar mi más sincero agradecimiento a los directores de trabajo, sin los cuales,
hubiera sido imposible la realización de este trabajo.
Al destino de mantenimiento de la Escuela Naval, especialmente al Capitán de Corbeta Luis Felipe
Carrascosa y a la señora Ana Mª López Souto, por su paciencia y su constante disposición a ayudar.
Y finalmente al colegio San Cayetano de Palma de Mallorca, por la excelente formación que me han
dado tanto académicamente como en valores.
ii
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
CONTENIDO
Contenido ...................................................................................................................................... 1
Índice de Figuras ........................................................................................................................... 3
1 Introducción ............................................................................................................................... 5
2 Objetivos .................................................................................................................................... 7
3 Normativa de aplicación ............................................................................................................. 9
4 Importancia de la envolvente térmica en la eficiencia energética ............................................... 11
5 Antecedentes ............................................................................................................................ 13
6 Descripción del edificio: Cuartel Francisco Moreno .................................................................. 17
6.1 Descripción de la construcción............................................................................................ 18
6.2 Estado actual del edificio .................................................................................................... 19
7 Fundamentos metodológicos ..................................................................................................... 21
7.1 Cálculo de cargas térmicas .................................................................................................. 21
7.2 Software empleado ............................................................................................................. 26
8 Procedimiento de simulación y cálculos .................................................................................... 27
8.1 Modelado en SketchUp ....................................................................................................... 28
8.2 Definición de variables en Trnsys ....................................................................................... 31
9 Propuesta de alternativas de rehabilitación de envolvente y aplicación ...................................... 47
9.1 Aislamiento en las cámaras de aire de fachadas exteriores .................................................. 47
9.2 Sustitución de superficies acristaladas ................................................................................. 49
10 Resultados .............................................................................................................................. 51
10.1 Análisis de la demanda energética actual con TRNSYS .................................................... 51
10.1.1 Demanda global y validación ...................................................................................... 52
10.1.2 Demanda por zonas..................................................................................................... 54
10.2 Aislamiento fachada con sistema SATE ............................................................................ 55
10.3 Análisis de la demanda energética de alternativas con TRNSYS ....................................... 59
10.3.1 Sistema SATE ............................................................................................................ 59
10.3.2 Aislamiento de cámaras .............................................................................................. 60
10.3.3 Sustitución de superficies acristalada .......................................................................... 61
10.4 Comparativa de demanda según la envolvente .................................................................. 62
11 Estudio económico básico de viabilidad .................................................................................. 65
11.1 Sistema SATE .................................................................................................................. 65
1
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
11.2 Aislamiento de cámaras .................................................................................................... 66
11.3 Sustitución de superficies acristaladas ............................................................................... 66
12 Conclusiones y Lineas futuras ................................................................................................. 67
12.1 Conclusiones .................................................................................................................... 67
12.2 Lineas futuras ................................................................................................................... 68
13 Bibliografía ............................................................................................................................. 69
14 Anexos ................................................................................................................................... 71
Anexo I: Tablas y Factores. Fundamentos Teóricos ..................................................................... 73
Anexo II: Planos Planta y alzado del edificio [7] .......................................................................... 79
Anexo III: Imágenes fachadas principales [7]............................................................................... 83
Anexo IV: Gráficas de Resultados ............................................................................................... 86
Anexo V: Presupuestos .............................................................................................................. 103
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Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 5-1 Consumos generales zona Atlántico Norte. [5]............................................................ 13
Figura 5-2 Consumos según vivienda en Atlántico Norte [5]........................................................ 14
Figura 5-3 Etiqueta energética generada por CE3X. [7]................................................................ 15
Figura 5-4 Etiqueta energética generada por CE3X. [7]................................................................ 16
Figura 6-1 Situación Escuela Naval Marín en la Ría de Pontevedra.............................................. 17
Figura 6-2 Detalle de la Distribución del Cuartel Francisco Moreno. ........................................... 18
Figura 6-3 Detalle caldera Roca BT 450 y quemadores BAXI TECNO 50. [4]............................ 19
Figura 8-1 Esquema de procedimientos........................................................................................ 27
Figura 8-2 Modelo SketchUp definitivo ....................................................................................... 28
Figura 8-3 Definición de adyacencias .......................................................................................... 29
Figura 8-4 Detalle de superficie dividida por distintas condiciones de contorno ........................... 30
Figura 8-5 Ventana emergencia frente a errores ........................................................................... 30
Figura 8-6 Inicio de nuevo proyecto Trnsys ................................................................................. 31
Figura 8-7 Resumen general de Metonorm................................................................................... 31
Figura 8-8 Pantalla principal de Trnsys ........................................................................................ 32
Figura 8-9 Pantalla Principal de TrnBuild .................................................................................... 33
Figura 8-10 Corrección de la orientación ..................................................................................... 34
Figura 8-11 WallType Manager. Definición de cerramientos ....................................................... 37
Figura 8-12 Asignación de cerramientos por zona ........................................................................ 37
Figura 8-13 WindowType manager. Definición de huecos ........................................................... 38
Figura 8-14 Coeficientes de infiltración sugeridos. Fuente ASHRAE Handbook infiltraciones .... 39
Figura 8-15 Captura de Web Aurea: Cálculo de infiltraciones (Calener) ...................................... 40
Figura 8-16 Valores de permeabilidad de ventanas ...................................................................... 40
Figura 8-17 Resultados de infiltraciones (en base a Calener) ........................................................ 41
Figura 8-18 Ventana de Inputs ..................................................................................................... 41
Figura 8-19 Definición horarios de ocupación .............................................................................. 42
Figura 8-22 Detalle iluminación artificial Francisco Moreno........................................................ 43
Figura 8-20 Asignación horarios de ocupación por zonas ............................................................. 43
Figura 8-23 Definición de horarios de calefacción ....................................................................... 44
Figura 8-24 Type Ecuación: Conversor KJ/h - kWh ..................................................................... 45
Figura 8-25 Grafica Trnsys de resultado ...................................................................................... 46
Figura 9-3 Sistema de insuflación de aislantes en cámaras de aire ................................................ 47
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RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Figura 9-4 Captura Wall Type Manager: Adición de aislamientos ................................................ 49
Figura 10-1 Gráfica de demanda de calefacción actual ................................................................. 52
Figura 10-2 Gráfica comparativa de consumos: Trnsys vs real facturado ..................................... 53
Figura 9-1 Estructura de sistema SATE ....................................................................................... 56
Figura 9-2 WallType Manager. Adición de aislante SATE ........................................................... 58
Figura 10-3 Resumen de ahorros SATE ....................................................................................... 59
Figura 10-4 Gráfica comparativa: Demanda actual vs demanda SATE ......................................... 59
Figura 10-5 Resumen ahorros aislamiento cámara ....................................................................... 60
Figura 10-6 Gráfica comparativa: Sistema actual vs Aislamiento en cámara ................................ 60
Figura 10-7 Resumen ahorros acristalamiento aislante ................................................................. 61
Figura 10-8 Gráfica comparativa: Demanda Actual vs Doble acristalamiento .............................. 61
Figura 10-9 Comparación de demandas según envolventes .......................................................... 62
Figura 10-10 Gráfica comparativa de demanda según envolvente ................................................ 63
Figura 11-1 Tabla de Ayudas detallada. Fuente: Resolución de 25 Junio de la IDAE ................... 65
Figura 0-1 Factor de sombra para obstáculos en fachada: Voladizo. Fuente CTE ......................... 73
Figura 0-2 Factor de sombra para obstáculos en fachada: Retranqueo. Fuente: CTE..................... 73
Figura 0-3 Factor de sombra para obstáculos en fachada: lamas. Fuente CTE .............................. 74
Figura 0-4 Factor de sombra para obstáculos de fachada: toldos. Fuente: CTE ............................. 74
Figura 0-5 Factor de sombra para lucernarios. Fuente: CTE ......................................................... 75
Figura 0-6 Temperaturas de consiga. Fuente: UNE-EN ISO 13790 20 ......................................... 76
Figura 0-7 Temperatura exterior de cálculo .................................................................................. 76
Figura 0-8 Índice de flujos de calor debido a ocupantes y equipos. Fuente: UNE-EN ISO 13790 . 77
Figura 0-9 Índice de flujos de calor debido a ocupantes y equipos. Fuente: UNE-EN ISO 13790 . 78
Figura 0-10 Índice de flujos de calor debido a ocupantes y equipos. Fuente: UNE-EN ISO 13790
.......................................................................................................................................................... 78
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Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
1 INTRODUCCIÓN
En los últimos años se ha producido un aumento en la preocupación por el desarrollo sostenible, que
ha llevado a la proliferación de gran cantidad de metodologías y normativas destinadas a optimizar el
uso que hacemos de la energía. Dichas metodologías se aplican tanto para sistemas activos (instalaciones
térmicas) como para sistemas pasivos (características constructivas que definen la envolvente)
En el consumo energético influyen de forma directa: la envolvente térmica, la eficiencia energética
de los equipos, las fuentes energéticas empleadas y el uso que los individuos hacen de ella.
En el sector de la construcción surgen dos grandes problemáticas: por un lado el acondicionamiento
interior deficiente, y por otro, los elevados consumos de energía, ambas problemáticas son producto de
una deficiente condición de las edificaciones. En este sentido, la certificación energética de edificaciones
desempeña un papel importantísimo.
En el año 2006, la Comisión Europea lanzó su “Plan de acción para la eficiencia energética” dirigido
a ciudadanos, responsables políticos y a los agentes del mercado animándoles a construir un mercado
con las infraestructuras, productos, procesos y sistemas energéticos más eficientes del mundo. La
Comisión, evaluó que el ahorro de energía más importante debía producirse en los principales sectores
causantes del despilfarro energético: el sector transportes y el de viviendas y edificios comerciales. [1]
En el mismo año, se publicó y aprobó el Real Decreto 314/2006 o Código Técnico de la edificación
(En adelante CTE) que junto con otra serie de disposiciones, regula las exigencias básicas de calidad de
los edificios y de sus instalaciones. Entre estas exigencias, se encuentra la de ahorro energético,
detallada en el art. 15, en el que se define el objetivo de “conseguir un uso racional de la energía necesaria
para la utilización de los edificios, reduciendo a límites sostenibles su consumo”. Entre estas exigencias
está la de disponer de una envolvente de características tales que se limite adecuadamente la demanda
energética necesaria para alcanzar el confort térmico. [2]
Esta normativa es decisiva para el desarrollo de las políticas del Gobierno en materia de
sostenibilidad energética y constituye una herramienta fundamental para cumplir con compromisos
medioambientales de alcance internacional como es el Protocolo de Kioto1.
El Ministerio de Defensa, tal y como defiende en su Memoria de Responsabilidad social del año
2010, apuesta por un “desarrollo de sus actividades y operaciones militares de manera respetuosa con la
conservación del medio ambiente, desde el enfoque en que el cuidado del entorno natural y el desarrollo
sostenible proporcionan un valor añadido a la política de Defensa” [3]
Este compromiso con el medioambiente, queda plasmado en un hecho manifiesto: “España es el
país de la Unión Europea que tiene más instalaciones militares certificadas por la normativa ambiental
ISO 14.001.2”
El objetivo que se planteó en los comienzos fue la reducción del consumo energético en sus edificios
un 20% para antes del año 2016, siempre sin afectar a la operatividad de la fuerza.
El desarrollo de un Sistema de Gestión Ambiental (en adelante SGA) supuso la necesidad de crear
la Subdirección General de Sostenibilidad Ambiental y Eficiencia Energética para garantizar el
adecuado estado de conservación de las instalaciones, permitiendo controlarlas y vigilarlas, pudiendo
anticipar posibles incidencias para resolverlas en el mínimo tiempo posible.
El protocolo de Kioto, convenio de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) sobre el cambio climático que tiene
por objetivo reducir las emisiones de determinados gases contaminantes causantes del efecto invernadero.
2
Norma ambiental ISO 14.001. es una norma encuadrada dentro del estándar internacional de gestión ambiental
publicado en 1996. Esta norma concretamente establece como establecer un SGA efectivo.
1
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RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
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Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
2 OBJETIVOS
El objetivo de este Trabajo de fin de Grado es evaluar la influencia de la envolvente térmica del
Cuartel Francisco Moreno en la demanda energética, y determinar cómo podría mejorarse dicha
envolvente, de forma que la demanda energética se redujera, manteniendo las mismas condiciones de
confort.
Independientemente del rendimiento actual de las instalaciones térmicas de edificios y de sus
posibles mejoras, que ya fueron objeto de estudio en anteriores trabajos de fin de grado [4], cada edificio,
se caracteriza como zona térmica según su envolvente, que se define según: sus cerramientos opacos
(muros, suelos y cubiertas) sus huecos (vidrios y marcos) y puentes térmicos.
Para llevar a cabo este análisis, se hará uso del software de simulación potente Trnsys, con el que se
realizará un estudio térmico del Cuartel Francisco Moreno, definido de forma lo más precisa posible
mediante el programa de diseño gráfico SketchUp con su plugin Trnsys3D.
Con todo esto, será posible calcular la demanda de calor en los distintos periodos del año. La
demanda de frío, no será objeto de este estudio dado que los alumnos no se alojan en él durante la
temporada estival, por lo que no es necesario climatizarlo durante ese período.
En el desarrollo de este trabajo, llegaremos a conocer la demanda energética del cuartel en la
situación actual, así como la demanda en el caso de la aplicación de distintas medidas de mejora de su
envolvente, siempre y cuando, estos se evalúen como un medio viable, realista y susceptible de ser
aplicado en la realidad. Será, por tanto, necesario llevar a cabo un estudio económico, evaluando costes
y tiempo de amortización de cada una de las soluciones constructivas propuestas.
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RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
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Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
3 NORMATIVA DE APLICACIÓN
Código Técnico de la Edificación
Durante el desarrollo de este trabajo de fin de grado, el Código Técnico de la Edificación (CTE) ha
sido la principal referencia, ya que contiene toda la normativa referente a las exigencias de ahorro
energético. [2]
Este documento normativo se organiza en cinco (5) secciones o grandes bloques:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Limitación de la demanda energética
Rendimiento de instalaciones térmicas
Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación
Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria (ACS)
Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica
Dentro de todo el conjunto normativo, ha sido lo contenido en el DBHE-1 “Limitación de la
demanda energética” lo que nos ha servido de referente.
El objetivo de esta sección, según lo establecido en el mismo documento es garantizar que “Los
edificios dispondrán de una envolvente de características tales que limite adecuadamente la demanda
energética necesaria para alcanzar el bienestar térmico en función del clima de la localidad, del uso del
edificio y del régimen de verano y de invierno, así como por sus características de aislamiento e
inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar, reduciendo el riesgo de aparición de
humedades de condensación superficiales e intersticiales que puedan perjudicar sus características y
tratando adecuadamente los puentes térmicos para limitar las pérdidas o ganancias de calor y evitar
problemas higrotérmicos en los mismos.”
La sección consta de los siguientes puntos:
1234-
Ámbito de aplicación
Caracterización y cuantificación de la exigencia
Verificación y justificación del cumplimiento de la exigencia
Datos para el cálculo de la demanda:
4.1 Solicitaciones exteriores
4.2 Solicitaciones interiores y condicionantes operacionales
5- Procedimientos de cálculo de la demanda
5.1 Características de procedimientos de cálculo
5.2 Modelo del edificio
5.3 Edificio de referencia
6- Productos de construcción
7-Construcción
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RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Este documento contiene toda la normativa necesaria para poder definir un modelo de referencia en el
que se definan todas las cargas/solicitaciones.
La nueva normativa del CTE, se relaciona, en lo referente a documentación de ahorro de energía con la
siguiente normativa:

Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones
Térmicas en los Edificio

La Directiva EPBD Recast 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios

El Real Decreto de Certificación 235/2013 de procedimiento básico para la certificación
energética de los edificios

Decisión de la UE 2013/114/UE por la que se establece el cálculo de la energía renovable de
las bombas de calor conforme a la directiva 2009/28/CE

El Reglamento Delegado 244/2012 que completa la EPBD recast estableciendo un marco
metodológico comparativo para calcular los niveles óptimos de rentabilidad de los requisitos
mínimos de eficiencia energética de los edificios y sus elementos

Directrices que acompañan el Reglamento Delegado 244/2012, con referencia 2012/C 115/01
El articulado del Documento se aprobó con el Real Decreto 314/2006 de 17 de marzo, y ha sido
modificado por las siguientes disposiciones:

Real Decreto 1371/2007 de 19 de octubre para la corrección de errores y erratas del Real
Decreto 314/2006 de 17 de marzo (BOE 23-octubre-2007)

Corrección de errores y erratas del Real Decreto 1371/2007 (BOE 25-enero-2008)

Orden FOM /1635/2013 del 10 de septiembre por el que se actualiza el Documento Básico
DB-HE (BOE 12-septiembre-2013)
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Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
4 IMPORTANCIA DE LA
ENVOLVENTE TÉRMICA EN LA
EFICIENCIA ENERGÉTICA
La eficiencia energética consiste en el uso eficiente de los recursos energéticos para optimizar su
empleo, utilizando la mínima cantidad posible con las mismas prestaciones o servicios.
Hoy en día, la limitación de la demanda energética es una de las exigencias básicas del CTE.
Es importante para comprender el desarrollo de este trabajo entender la diferencia entre Consumo
energético y Demanda energética, cuyos términos vienen definidos en el Documento Básico de HE
Ahorro de energía:


Consumo energético: es la energía necesaria para satisfacer la demanda energética de los
servicios de calefacción, refrigeración, ACS y en edificios de uso distinto al residencial privado,
de iluminación, del edificio, teniendo en cuenta la eficiencia de los sistemas empleados.
Demanda energética: energía útil necesaria que tendrían que proporcionar los sistemas técnicos
para mantener en el interior del edificio unas condiciones definidas reglamentariamente. Se
puede dividir en demanda energética de calefacción, de refrigeración, de agua caliente sanitaria
(ACS) y de iluminación. Se considera la superficie útil de los espacios habitables del edificio.
Como vemos, demanda energética es un término más específico. No se trata de una demanda general
de energía (Consumo energético), sino de la específica de determinados sistemas. En nuestro caso, nos
vamos a centrar en la demanda energética de sistemas de calefacción, relacionándola con el estado de la
envolvente térmica del edificio.
En esta norma, se dispone lo siguiente: “Los edificios dispondrán de una envolvente de
características tales que limite adecuadamente la demanda energética necesaria para alcanzar el bienestar
térmico en función del clima de la localidad, del uso del edificio y del régimen de verano y de invierno,
así como por sus características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación
solar, reduciendo el riesgo de aparición de humedades de condensación superficiales e intersticiales que
puedan perjudicar sus características y tratando adecuadamente los puentes térmicos para limitar las
pérdidas o ganancias de calor y evitar problemas higrotérmicos en los mismos” [Art. 15.1 de la HE1:
Limitación de demanda energética]
La envolvente térmica de cualquier construcción, la componen todos aquellos cerramientos que la
delimitan respecto del exterior, del terreno y de cualquier posible adyacencia a otros edificios.
Está compuesta por: Cubiertas, suelos, fachadas (muros y huecos) medianerías, cerramientos en
contacto con el terreno y particiones interiores (que en este trabajo, dada la simplificación necesaria de
modelo, no serán tenidas en cuenta).
Se entiende como una inercia o tendencia del edificio a estabilizar la temperatura interior del mismo
en relación a la variabilidad de las condiciones climáticas exteriores, que por naturaleza, son muy
variables.
Es fundamental para el ahorro en consumos energéticos, saber aprovechar estas inercias. Por ello,
se han realizado numerosos estudios que ofrecen variadas soluciones constructivas, para que aumente el
rendimiento de los edificios.
11
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Son muchas las variables que influyen en la envolvente de un edificio y en su interacción con el
exterior, entre ellas, están reconocidas por el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la energía
(IDAE) las siguientes:
-
-
-
-
-
-
-
Zona climática: Los climas de referencia, definidos en el apéndice D sección HE1
del CTE permiten la estandarización de las solicitaciones exteriores. Se definen 12
zonas climáticas de la Península Ibérica a fin de definir unos parámetros climáticos
(temperatura, radiación solar…) representativos de una zona concreta para el
cálculo de la demanda.
Tipo de edificio y orientación: El edificio objeto de estudio, proyectado en
geometría según su forma y tamaño, los materiales de construcción y sus
condiciones de uso.
Compacidad del edificio
Ventilación
Transmitancia térmica de los cerramientos opacos y de los huecos, es decir, el
flujo de calor existente considerando un régimen estacionario para un área
determinada y diferencia de temperaturas unitarias de los medios situados a cada
lado de los cerramientos.
Masa de los cerramientos: Define la capacidad de los materiales de absorber y
almacenar calor. Capacidades dependientes de la densidad, del calor específico y
de la conductividad del material.
Porcentaje de huecos en la fachada, la proporción de elementos transparentes/
semitransparentes de la envolvente, como por ejemplo: ventanas, claraboyas y
cualquier tipo de superficie acristalada con superficie semitransparente superior al
50%.
Factores solares de los vidrios y elementos de sombreamiento: calculados como
el cociente entre la radiación solar a incidencia normal que se introduce en el
edificio a través del acristalamiento y la que se introduciría si el acristalamiento se
sustituyese por un hueco perfectamente transparente.
Puentes térmicos; que son las zonas de la envolvente del edificio en las que se
evidencia una variación de la uniformidad de la construcción que conllevan la
minoración de resistencia térmica respecto al resto del cerramiento. [2]
Durante la explicación del procedimiento de cálculo se irán detallando cada una de ellas.
12
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
5 ANTECEDENTES
En Europa, el contexto energético ha cobrado gran importancia debido al aumento de necesidades
energéticas en el sector residencial. Son varios los factores que han influido esta tendencia al alza de los
consumos, entre ellos: el incremento del número de hogares sumado a un aumento de equipamiento y
requerimientos de confort.
Son muchos los estudios estadísticos que se han realizado durante la última década, con el propósito
de proporcionar información fiable sobre la situación energética con el fin de desarrollar nuevos planes
de acción que permitan aumentar la eficiencia del uso que hacemos de la energía, evitando despilfarros
energéticos y grandes cantidades de emisiones contaminantes a la atmósfera.
Por estas razones, los países europeos, entre ellos España, han llevado a cabo varios proyectos y
estudios para valorar su situación. Para ello, el Consejo Europeo ha elaborado un reglamento que
normativiza la elaboración, transmisión, evaluación y difusión de estadísticas: el Reglamento (CE) No
1099/2008 de 22 de Octubre de 2008.
En España se ha creado un Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) que entre
otras cosas, ha elaborado un documento de referencia denominado “Proyecto SPAHOUSEC (Análisis
del consumo energético en las residencias españolas)”. [5]
Estos estudios han servido para hacer un análisis de consumos en base a aspectos como la zona
climática o el tipo de edificación, para ello, se ha llevado a cabo una labor de recopilación de datos
mediante encuestas, tanto telefónicas como presenciales.
En cuanto a los estudios relativos a equipos de calefacción y refrigeración, se ha llegado a la
conclusión de que, la mayor parte de recursos energéticos, se destinan a los sistemas de calefacción. En
la siguiente figura se puede ver el reparto de consumos en la zona Atlántico Norte, que es la zona que
nos atañe en el presente estudio.
Figura 5-1 Consumos generales zona Atlántico Norte. [5]
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RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Los resultados permiten también hacer una comparativa en función del tipo de viviendas dentro
de una misma zona climática:
Figura 5-2 Consumos según vivienda en Atlántico Norte [5]
Entre las principales conclusiones obtenidas, se encuentra la necesidad de racionalización de los
recursos energéticos.
En este contexto, surge la necesidad de plantearse la adopción de una serie de medidas, por lo que
se publica el “Plan de Acción 2011 - 2020” en el que se tiene en cuenta el cumplimiento de la Directiva
2006/32/CE sobre eficiencia energético. [6]
Entre las medidas propuestas en esta directiva, se encuentra la Rehabilitación energética de edificios,
en la que se proponen, entre otras medidas, la necesidad de rehabilitación de envolvente térmica de
instalaciones de calefacción, refrigeración e iluminación.
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Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
En el punto 9.3 del Plan se exponen distintas medidas de ahorro en el sector Edificación y
equipamiento, siendo la Medida 1 “rehabilitación energética de la envolvente térmica de los edificios
existentes”. Con esta medida, se busca fomentar el cumplimiento de las exigencias de Ahorro energético
mínimas, descritas en el CTE. Entre los mecanismos de actuación se encuentran:
Mecanismos regulatorios3: por los que se fijan unos requisitos de obligado cumplimiento, tanto
para edificios nuevos, como para los modernos. En este contexto, se fija también un procedimiento de
certificación energética.
Incentivos económicos basados en la subvención directa de capital o bonificación en el tipo de
interés de préstamos, a fin de poder llevar a cabo las medidas de rehabilitación energética.
Formación Se desarrollarán actividades de formación e información
proyectistas/direcciones facultativas y agentes responsables de la gestión energética.
dirigidas
a
Información Fomentar la toma de medidas mediante la divulgación de datos estadísticos objetivos.
Este trabajo de fin de grado, tiene por objeto analizar la influencia de la envolvente térmica en la
demanda energética, fijando como objeto de estudio, el caso práctico del Cuartel Francisco Moreno. Es
por ello, necesaria la introducción de trabajos previos del mismo campo de aplicación realizados sobre
nuestro edificio:
En primer lugar, cabe destacar el estudio realizado sobre la certificación energética del edificio [7]:
La escala de certificación se basa en una clasificación codificada mediante letras, que van de la “A”
a la “G”, siendo la “A” la de mayor eficiencia y la G” la de menor. Esta clasificación, se hace en función
de unos indicadores de emisiones globales de dióxido de carbono a la atmósfera [KgCO2/m^2] que son
representativos del consumo energético de la edificación.
El proceso de certificación energética se llevó a cabo mediante el uso del software especializado
CE3X, obteniendo como resultado, la clasificación “D”, tal y como se puede observar en la Figura 5-3
Etiqueta energética generada por CE3X.
Figura 5-3 Etiqueta energética generada por CE3X. [7]
Programa PAREER-CRECE “Programa de ayudas para la rehabilitación energética de edificios existentes” cuyas bases
reguladoras se encuentran en el B.O.E número 235, de 1 de octubre de 2013
3
15
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
En el desarrollo de su trabajo, Javier Piñeiro concluye interpretando del resultado obtenido que: “a
mayor número de emisiones de CO2 a la atmósfera, menor será la capacidad de la edificación de retener
la energía requerida sin que ésta se escape por las diferentes zonas de la edificación (huecos/lucernarios,
puentes térmicos, ventanas, etc.)”
Una vez determinada la calificación global del edificio, procede a hacer clasificaciones parciales en
función de la demanda energética.
De la calificación parcial de la demanda de calefacción, se obtuvo que debido al elevado consumo
de calefacción anual, la clasificación correspondiente, es la peor posible: la “G”:
Figura 5-4 Etiqueta energética generada por CE3X. [7]
La conclusión que extrae Piñeiro de este resultado, es que: la causa de esta clasificación “puede ser
debida a la falta de un buen aislamiento”.
Estas clasificaciones energéticas, sirven al presente trabajo como referencia, ya que, se parte del
conocimiento de que: el edificio tiene un gran margen de mejora en lo relativo a la envolvente
térmica y a la reducción de consumos de calefacción.
16
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
6 DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO:
CUARTEL FRANCISCO MORENO
El edificio se encuentra emplazado en la Escuela Naval Militar de Marín, sobre un terreno ganado
al mar.
La Escuela Naval Militar, es el centro de formación y adiestramiento de los futuros oficiales de la
Armada Española. Se encuentra en la cara sur de la Ría de Pontevedra, Galicia.
Figura 6-1 Situación Escuela Naval Marín en la Ría de Pontevedra
El Cuartel Francisco Moreno, tal y como se describe en la Memoria de Construcción del arquitecto:”
limita con el mástil de señales por su fachada principal (orientada a levante), con la Avenida Méndez
Núñez en sus fachadas Sur y Este, con el Centro de Adiestramiento de Seguridad Interior (CASI) por la
fachada posterior y con la pista militar en la fachada Norte”. [8]
17
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
6.1 Descripción de la construcción
La construcción es de 1986, por lo que la normativa de edificación en la que se basa es anterior al
Documento Básico de Ahorro de Energía del actual CTE.
El edificio es simétrico con forma de “H” cerrada en su cara Oeste y tiene su eje principal orientado
al 070º.
Figura 6-2 Detalle de la Distribución del Cuartel Francisco Moreno.
El edificio consta de tres plantas: Planta baja, Primera Planta y Segunda Planta:
En la Primera planta, en la zona central del edificio, se encuentran: un vestíbulo-recepción, donde
está la escalera principal, y en su lateral Sur, se sitúa la Biblioteca Gabriel Ciscar y Ciscar, construida
tras los proyectos de reforma del año 2010, y que en sus inicios, fue un simple patio cubierto como sigue
siendo hoy en día el patio Norte. En la zona posterior del edificio, orientada al Oeste, se encuentran las
salas destinadas a proporcionar servicios de calefacción, agua caliente y electricidad, así como una serie
de almacenes destinados a distintos propósitos.
Las plantas Primera y Segunda, son idénticas en distribución y superficie, siendo ésta de 2.374,26 metros
cuadrados. En ellas se sitúan los dormitorios, estudios y aseos de los alumnos
18
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
6.2 Estado actual del edificio
El Cuartel de Alumnos Almirante Francisco Moreno, ha sufrido tres reformas desde la finalización
de su construcción en 1977.



Entre 1987 y 1988 se reformaron aseos y la escalera principal del edificio
En 2004 tuvo lugar una segunda reforma que afectaría al ala Norte de primera y segunda planta
en las que se actuaría sobre estudios y camaretas, aseos, cubierta y fachada. La reforma también
afectaría a todo el sistema de calefacción, fontanería y servicio de ACS.
En el año 2010, se llevaría a cabo una tercera reforma para rehabilitación de la “Biblioteca
Gabriel Ciscar y Ciscar” situada en el patio Sur.
Actualmente el edificio tiene un gran número de infiltraciones de aire que afectan de manera muy
negativa a su envolvente térmica:
Los cerramientos del edificio (puertas de madera y ventanas de aluminio) son antiguas y carecen de
aislamientos, y las cajas de las persianas, son una fuente importante de infiltraciones de aire.
También es importante recalcar el estado del circuito de calefacción, que no sólo está mal aislado,
sino que cuenta con muchos poros a lo largo de toda la instalación, lo cual explica la necesidad de estar
purgando frecuentemente los radiadores en intervalos de tiempo muy cortos.
Estos aspectos, son los principales causantes del derroche de energía necesario para la climatización
del edificio.
Instalaciones térmicas.
El Cuartel cuenta únicamente con un sistema de calderas de gas, que proporcionan Calefacción y
ACS.
El circuito de calefacción, es un circuito cerrado que proporciona su servicio a todo el edificio
gracias a los múltiples radiadores instalados en las zonas comunes, estudios y camaretas (Uno por cada
estudio/camareta). El agua se calienta gracias a dos calderas Roca BT 450. [9]
Figura 6-3 Detalle caldera Roca BT 450 y quemadores BAXI TECNO 50. [4]
19
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Las calderas, son de chapa de acero y tienen una potencia útil de 532,4 kW y nominal de 580 kW,
por lo que la potencia nominal total de la instalación es de 1160 kW y la útil de 1064,8 kW
Las calderas operan según las órdenes de una centralita, ubicada en la misma sala de calderas que
regula su funcionamiento en función de la demanda, pudiendo actuar sólo una de ellas o ambas
simultáneamente.
El sistema de calefacción no cuenta con termostatos, lo cual supone otro punto en contra de la
eficiencia energética.
El funcionamiento de las calderas, es prácticamente ininterrumpido debido a la gran demanda, tanto
del circuito de calefacción como de ACS.
Por otro lado, el funcionamiento del sistema de calefacción durante los meses de invierno es de 5
a.m. a 7 a.m. y de 8 p.m. a 12 a.m.
20
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
7 FUNDAMENTOS
METODOLÓGICOS
7.1 Cálculo de cargas térmicas
A continuación se definen una serie de conceptos fundamentales, necesarios para comprender el
desarrollo de este trabajo de fin de Grado.
Se entiende como carga térmica de un edificio, a las transferencias de calor4 que influyen en la
temperatura interior del aire de una zona térmica o en su contenido de humedad.
Así pues, puede hacerse distinción entre; cargas térmicas sensibles y cargas térmicas latentes:


Cargas sensibles: Originan cambios en la temperatura del aire de una zona térmica
Cargas latentes: Originan variación en la humedad absoluta del ambiente.
Para los procedimientos de cálculo de cargas térmicas, se hace una distinción entre: Solicitaciones
exteriores y Solicitaciones interiores (teniendo en cuenta las condiciones operacionales):

Las Cargas externas, son aquellas acciones del ambiente que tienen efecto sobre el edificio,
influyendo en su comportamiento térmico y, por tanto, en su demanda.
-

Cargas a través de cerramientos (Carga sensible)
Cargas a través de superficies acristaladas, ventanas, claraboyas (Carga sensible)
Cargas introducidas a través de la ventilación (Carga sensible y latente)
Cargas debidas a infiltración. (Carga sensible y latente)
Las Cargas internas son aquellas cargas térmicas generadas en el interior del edificio, que se
deben a los aportes de energía de ocupantes, equipos e iluminación.
Las condiciones operacionales, vienen definidas en el apéndice C de la sección HE1 para la
limitación de la demanda energética. Son las siguientes:
1)
2)
3)
4)
Temperatura de consigna de calefacción (Carga sensible)
Cargas internas debidas a la ocupación (Carga sensible y latente)
Cargas internas debidas a la iluminación (Carga sensible)
Cargas internas debidas a los equipos electrónicos, informáticos (Carga sensible)
4 El calor se define como la energía cinética de los átomos que componen cualquier molécula. Esta energía, puede transferirse básicamente de tres formas distintas:
Conducción: Producida por el choque directo entre moléculas.
Convección: Se produce por movimiento/circulación de masas alrededor de las sustancias.
Radiación: Como energía térmica emitida por una materia a una temperatura dada.
21
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Los cálculos que se desarrollan a continuación, se basan en un módulo de instalaciones de
climatización y ventilación, [10] así como en un tutorial de ingeniería mecánica [11]
Cargas sensibles
Para calcular la carga térmica sensible (Qs) empleamos la siguiente expresión:
𝑸𝒔 = 𝑸𝒔𝒓 + 𝑸𝒔𝒕𝒓 + 𝑸𝒔𝒕 + 𝑸𝒔𝒊 + 𝑸𝒔𝒂𝒊
Donde:
-
-
-
Qsr es Qs debida a radiación solar a través de superficies acristaladas (W)
Qstr es Qs por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores (W)
Qst es Qs por transmisión a través de paredes techos, suelos y puertas interiores (W)
Qsi es Qs transmitida por infiltraciones de aire exterior (W)
Qsai es Qs debida a aportaciones internas (W)
A continuación se analizará cada una de estas cargas por separado:
(1) Qsr : La radiación solar que atraviesa las superficies traslúcidas/transparentes provoca un
incremento de temperatura en el interior de la zona térmica a la que limitan. Esta carga se calcula
como:
𝑄𝑠𝑟 = 𝑆 × 𝑅 × 𝐹
Siendo:
-
(S) Superficie traslúcida por la que atraviesa la radiación (𝑚2 )
-
(R) Radiación solar incidente (
-
(F) Factor de corrección de radiación en función del tipo de vidrio empleado,
efectos de posibles sombras existentes, etc. cuyos valores pueden encontrarse
tablas en el DB HE de Ahorro de energía.
W
m2
). Depende de la orientación respecto al Sol
El procedimiento de cálculo de dicho factor se obtiene mediante la siguiente
expresión:
𝐹 = 𝐹𝑠 × [(1 − 𝐹𝑀) × 𝑔 ⊥ +𝐹𝑀 × 0,04 × 𝑈𝑚 × 𝛼]
Fs Factor de sombra del hueco/lucernario obtenido por tablas (Anexo I: Tablas y
Factores. Fundamentos Teóricos)
FM Es la fracción de hueco ocupada por el marco en el caso de ventanas o fracción
de parte maciza en caso de puertas
g⊥ Es el factor solar de la parte semitransparente del hueco/lucernario a incidencia
normal.
22
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
(2) Qstr La carga por transmisión y radiación que se transmite a través de las paredes y techos opacos
que limitan con el exterior. Se calcula como sigue:
Q = K × S × (Tec − Ti)
-
K es el coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento o Transmitancia
𝑊
térmica ( 2 )
𝑚 𝐶
S es la superficie de pared/cubierta expuesta a la diferencia de temperaturas (𝑚2 )
Ti es la temperatura interior de consigna 5 del local (ºC)Anexo I: Tablas y Factores.
Fundamentos Teóricos
Tec es la temperatura exterior al otro lado del local
Para el cálculo de la temperatura exterior (T ec) se parte de la temperatura exterior de diseño (Te)
en la que se debe tener en cuenta la temperatura media del mes más cálido (T me) y su máxima (Tmáx)
de la siguiente forma:
𝑇𝑒 = 0,4 × 𝑇𝑚𝑒 + 0,6 × 𝑇𝑚á𝑥
Una vez calculada, se aplica una corrección en la que se tiene en cuenta la orientación del
cerramiento considerado en cada caso:
(3) Qst La carga por transmisión a través de los cerramientos interiores del local, se calcula
mediante la expresión:
Qst = K × S × (Te − Ti)
Cada variable (empleada anteriormente en otros elementos) se aplicaría a cada cerramiento
interior específico.
Para el cálculo de la variable K es aplicable, tanto al material de construcción empleado, como
al sistema de cerramiento.
Temperatura de consigna: Temperatura o rango de temperaturas consideradas en el cálculo de la demanda energética
que fija el límite de temperatura interior a partir del cual operan los sistemas de acondicionamiento del edificio, requiriendo
aportes energéticos.
5
23
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
(4) Qsi La carga térmica causada por infiltraciones y ventilaciones de aire del exterior, se
determinan del modo siguiente:
𝑄𝑠𝑖 = 𝑉 × 𝜌 × 𝐶𝑒, 𝑎𝑖𝑟𝑒 × ∆𝑇
Siendo:
-
V el caudal de aire infiltrado y ventilación del aire exterior (
-
“𝜌” la densidad del aire (1,18 𝑚3 )
-
Ce aire el calor específico del aire (1212 𝐾𝑔·º𝐶 )
-
𝐾𝑔
𝑚3
𝑠
)
𝐽
∆𝑇 es la diferencia de temperaturas entre el ambiente exterior y el interior
Cabe destacar que el cálculo de las infiltraciones, es un valor complicado de averiguar, y por
lo general, se suelen hacer aproximaciones toscas para llevar a cabo los cálculos.
(5) Qsai Las ganancias de carga térmica sensible, debidas a aportaciones internas, se determinan
como el sumatorio de las siguientes aportaciones, mencionadas al principio de este apartado:
Qsai = Qsil + Qsp + Qse
Donde:
-
Qsil es la ganancia debida a la iluminación artificial en el interior (W)
Qsp es la ganancia debida a la ocupación de personal (W)
Qse es la ganancia debida a los aparatos eléctricos del interior. (W)
Qsil (Carga sensible por iluminación interior)
Para su cálculo, puede considerarse una buena aproximación, el que la potencia de
cada foco se transformara, en su totalidad, en calor sensible.
𝑄𝑠, 𝑖𝑙 = 𝑛 × 𝑃 𝑙𝑎𝑚𝑝 × 𝐶 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑡
-
N es el número de focos de luz
P lamp, la potencia de la lámpara (W)
C simult el coeficiente de simultaneidad (0 ≤ C simult ≤ 1)
Qsp (Carga sensible aportada por personas) y Qse (Carga aportada por equipos
eléctricos)
Las personas transfieren calor por radiación, convección y conducción, y aumentan
también el nivel de humedad del ambiente mediante la respiración.
Del mismo modo lo hacen los equipos. A continuación, se relacionan unas figuras, en
las que se detallan los flujos de calor típicos, en función de la ocupación y el tipo de
edificio.
𝑄𝑠𝑝 + 𝑄𝑠𝑒 =
24
∅
× 𝐴𝑡 × 𝐶 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑡
𝐴𝑡
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Cargas latentes
Para el cálculo de cargas latentes, emplearemos la siguiente expresión:
𝑄𝑙 = 𝑄𝑙 𝑖 + 𝑄𝑙 𝑝
-
Ql i Es carga latente debida a infiltraciones
Pl p Es carga latente provocada por la ocupación en la zona térmica
(1) Qli La carga latente debida a infiltraciones/ventilación de aire externo se deduce de la siguiente
expresión:
Ql i = V × ρ × Cl agua × ∆W
Siendo:
-
V el caudal de aire infiltrado y ventilación del aire exterior (
𝐾𝑔
-
“𝜌” la densidad del aire (1,18 𝑚3 )
-
Ce aire el calor específico del aire (2257 𝐾𝑔 )
-
𝑚3
𝑠
)
𝐾𝐽
∆w la diferencia entre humedad absoluta exterior e interior
(2) Qlp La carga latente por ocupación, se determinará de forma análoga a la carga sensible,
siguiendo la misma fórmula.
𝑄𝑙𝑝 =
∅
× 𝐴𝑡 × 𝐶 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙
𝐴𝑡
25
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
7.2 Software empleado
A continuación, se relaciona el software con el cual se ha llevado a cabo la simulación.
SketchUp + Trnsys3D
El SketchUp, es una herramienta CAD (Computer Aided Design) que permite diseñar y simular
elementos reales de forma sencilla e intuitiva.
Este programa ha servido de soporte principal para el diseño de la construcción objeto de este
estudio, ya que, gracias a ella, hemos podido ir definiendo las distintas zonas que los componen.
Las zonas, se han definido gracias al plugin Trnsys3d, que integrado en SketchUp, permite definir
tantas zonas térmicas y de sombra como se considere necesario.
Trnsys
Actualmente, podemos encontrar numerosos softwares de simulación térmica dinámica, ya que éstos
son usados frecuentemente por arquitectos e ingenieros, en el campo de la edificación.
El Trnsys es uno de ellos. Fue desarrollado por el Laboratorio de Energía solar de la Universidad de
Wisconsin-Madison, y ha sido comercializado desde 1975.
Esta herramienta de simulación compleja, requiere de un proceso formativo riguroso y de cierta
práctica para alcanzar un buen manejo de las múltiples posibilidades que nos ofrece.
El programa, cuenta con una interfaz intuitiva que nos permite relacionar gráficamente los distintos
componentes del sistema (types), cada uno de ellos, destinado a obtener soluciones en base a los inputs
generados por el resto de elementos.
Meteonorm
Meteonorm, es un software desarrollado por una empresa privada, que desarrolló una primera
versión durante los primeros años de la década de los ´80 en colaboración con varias universidades y
empresas de ingeniería. Contiene una extensa base de datos climatológicos, destinada a apoyar
investigaciones y estudios energéticos (como es nuestro caso). Esta base de datos es global, llega a cubrir
cualquier parte del mundo con gran precisión.
El programa, permite plasmar todos los datos meteorológicos requeridos en varios formatos distintos
según la forma como se estructuren éstos.
26
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
8 PROCEDIMIENTO DE
SIMULACIÓN Y CÁLCULOS
En la figura que a continuación se muestra, se representa un esquema simplificado
procedimiento seguido para llevar a cabo la simulación:
Figura 8-1 Esquema de procedimientos
27
del
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
8.1 Modelado en SketchUp
Definición de volúmenes
En este apartado, se describirá el modo como ha sido creado el edificio con Sketchup y el Trnsys3d.
El objetivo era la definición de un modelo geométrico del cuartel, que incluyera de la forma más
simplificada posible, las distintas zonas térmicas en las que se podía dividir la construcción. Los
primeros diseños resultaron ser muy complicados y daban gran cantidad de errores al importarlos a
Trnsys.
En primer lugar, se comenzó estableciendo modelos con hasta 40 zonas térmicas, y poco a poco,
tras repetidas iteraciones, se fueron reduciendo hasta las 21 actuales:
Figura 8-2 Modelo SketchUp definitivo
Una vez definidos los volúmenes correspondientes a las zonas térmicas que componen nuestro edificio,
hay que definir:


Los huecos6 (incluyendo ventanas y puertas) y
Las zonas de sombra (de color morado).
Puente térmico: Cuando dos zonas térmicas definidas independientemente están conectadas, dicha conexión se trata
como si fueran dos cristales en contacto (Con ello, definimos esa conexión como un puente térmico) como si fuera una
ventana.
6
28
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Definición de adyacencias
Fueron numerosos los problemas que surgieron hasta llegar al modelo final, ya que Trnsys3D exige
una definición muy concreta de las relaciones entre zonas térmicas.
Para el correcto funcionamiento, hay que seguir ciertas indicaciones, ya que, cualquier mínimo fallo
en el dibujo puede tener consecuencias muy graves en Trnsys, siendo fuente de gran cantidad de
Warnings y errores.
Una vez dibujada la geometría, hay que establecer la relación entre las zonas, las condiciones de
contorno:
Figura 8-3 Definición de adyacencias
La definición, puede hacerse de dos formas distintas: Bien superficie a superficie dentro de cada
zona, pasando por todas, bien de forma automática, con la opción “Surface Matching”.
La segunda opción es más rápida, pero exige una definición geométrica muy determinada… Es
necesario haber separado paredes continuas en varias en caso de que los contactos con otras superficies
no fueran compartidos a lo largo de toda ésta.
29
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Figura 8-4 Detalle de superficie dividida por distintas condiciones de contorno
La opción empleada en nuestro modelo, ha sido la segunda, aunque hay que destacar que ha sido
necesario verificar superficie a superficie, la correcta definición de superficies de contacto.
Una vez definidas todas las relaciones entre las distintas zonas con el ambiente y con el resto de
zonas adyacentes, podremos importar el archivo con formato “.idf” a Trnsys, para pasar a definir
aspectos más concretos del edificio, como: la composición de sus cerramientos así como determinadas
ganancias o cargas térmicas, debidas a diversos factores del ambiente.
Importación del modelo a TRNSYS
Durante el proceso descrito, han sido muy numerosas las veces en las que el programa no entendía
la definición de algunos elementos del modelo. Cuando esto ocurría, una ventana emergente de
SketchUp o de Trnsys nos avisaba de los errores, proponiendo soluciones de simplificación no válidas
(eliminaba superficies completas de algunas zonas, dejándolas abiertas al exterior).
Hasta no obtener un modelo sin errores/ Warnings, no se puede exportar el archivo de Trnsys3D a
Trnsys.
Figura 8-5 Ventana emergencia frente a errores
30
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
8.2 Definición de variables en Trnsys
Cuando el modelo de Trnsys3D está listo para ser importado, debemos abrir el programa
“Simulation Studio” de Trnsys para crear un nuevo proyecto tipo: “3D Building Project (multizone)”
Figura 8-6 Inicio de nuevo proyecto Trnsys
Al haber seleccionado el proyecto, aparece una nueva ventana emergente, en la que nos da la opción
de importar un archivo de datos que el programa define como “Localización”, lo que nos permite, es
importar un archivo .txt de datos meteorológicos que puede estar codificado de muchas formas distintas.
El archivo utilizado en este caso tiene formato “TM-2”. Para obtener este archivo de datos, se ha
recurrido a la base de datos de Meteonorm.
El software de Meteonorm es muy intuitivo. Presenta, en primer lugar, una pestaña de selección de
localización, en la que podemos encontrar 8325 estaciones, repartidas por todo el mundo, entre ellas,
una en Pontevedra (42º4 N / -8.7 E).
Una vez seleccionada la localización, se pasa a una nueva pestaña, en la que se nos permitirá definir
las modificaciones pertinentes en caso de existir algún input concreto. No es el caso.
En el apartado “Data”, se definen los periodos de los cuales se quiere obtener datos. Existen tres
posibilidades: De 2000-2009, de 1961-1990, o previsiones futuras. En función del periodo seleccionado
usará las medias de uno u otro, para generar un archivo de 365 días de datos horarios.
Por último, sólo queda definir el tipo de formato de salida de datos deseado, que como ya se ha
mencionado será de tipo TM-2.
Figura 8-7 Resumen general de Metonorm
31
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Una vez seleccionado el formato, el programa abre una nueva pestaña, en la que se presenta una previsualización de los datos o “Output” (Figura 8-8 Pantalla principal de Trnsys). Sólo resta seleccionar la
opción de guardar.
Una vez ya tengamos los datos meteorológicos, podremos continuar con la creación del proyecto
Trnsys, en el que ya solo nos faltará importar nuestro archivo “.idf” de Trnsys3D
Cuando el archivo se importa se abre una nueva ventana, el esquema de Variables de Trnsys, con
los diferentes elementos con los que definir variables, inputs y outputs.
Figura 8-8 Pantalla principal de Trnsys
Los componentes o “Types” que aparecen por defecto al principio del proyecto, son muy básicos.
Los principales son:
-
Weather Data que contiene el archivo TM-2 ya importado.
-
Building que explicaremos detalladamente durante el desarrollo de este apartado.
-
Plotter´s que nos permiten visualizar los resultados obtenidos e incluso
exportarlos a un archivo “.txt”
32
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Descripción de los componentes utilizados
Type 56: TRNBuild
La mayoría de inputs del edificio, se pueden introducir de manera muy simple desde el Type 56
Building. Para editarlo, debemos seleccionar la opción: “Edit Building” con el click derecho. Se abrirá
entonces, el programa TrnBuild, que nos permitirá definir nuestras variables del modelo de una manera
muy intuitiva.
Figura 8-9 Pantalla Principal de TrnBuild
Como se puede apreciar en la imagen, en la pantalla principal del programa aparecen varias
secciones:
Las primeras, subordinadas a la pestaña “Project” tienen como función la definición de inputs
outputs y establecimiento de la orientación y otras propiedades/características
Las Segundas, son las distintas zonas térmicas de las que se compone el edificio, de modo que, en
cada zona se puedan definir sus características propias.
33
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Orientación del edificio (Type 56: TrnBuild)
La orientación del edificio es quizás, unos de los inputs más determinantes del estudio, ya que, como
comprobaremos más tarde, en el análisis de resultados (Demanda por zonas), las condiciones varían
bastante de una zona a otra, según si están orientadas al Norte o al Sur.
Durante el modelado en SketchUp la Orientación no suele tenerse en cuenta, pero así y todo, existen
referencias, ya que la línea verde de Trnsys se interpreta como el Norte.
Lo recomendable es modelar los edificios, en la medida de lo posible, de forma paralela a los ejes y
al importar el archivo a Trnsys corregir la orientación (Figura 8-10 Corrección de la orientación)
Tal y como está orientada la fachada principal de nuestro edificio (al 070º) el desplazamiento del
eje N de la simulación ha sido de 250º en sentido horario.
Figura 8-10 Corrección de la orientación
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Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Descripción general de huecos y cerramientos (Type 56: TrnBuild)
La definición de los cerramientos, se ha hecho en función de los planos AutoCAD y del pliego de
condiciones redactado por el arquitecto. Con los planos, se averiguan los grosores y con el pliego de
condiciones, la composición de cada uno de los cerramientos, cubiertas y huecos.
En el pliego de condiciones [8], se encuentran las siguientes especificaciones:
Fachadas
“Los materiales que componen las fachadas del edificio, tendrán cámara de aire siendo de ladrillo
macizo en la Planta Baja y de ladrillo hueco en las Plantas 1ª y 2ª. Tendrán revestimiento de Granito
recibido con mortero de cemento.”
Paredes interiores
“Las paredes interiores, serán también de ladrillo macizo en planta baja y ladrillo hueco en Plantas
1ª y 2ª. Los tabiques, serán sencillos de ladrillo hueco tomado con yeso.
El Hall principal de la Planta baja, llevará parte de sus paredes chapadas en granito pulido.”
Pavimentos
“Los pavimentos, serán de granito pulido en el Hall de la Planta baja, de terrazo en los vestíbulos,
pasillos, salas de estudio, vestidores, dormitorios, pasillos y cuartos de aseo. Y de goma en escaleras. De
baldosín en terrazas, de baldosa ranurada en pañol, y de losetas de hormigón tipo “TREFF” en porches
cubiertos.”
Cubierta
“La cubierta estará compuesta por forjados formados con doble tablero de rasilla, capa de mortero
con hidrófugo y teja curva. Todo ello construido sobre tabiquillos empalomados de ladrillo hueco con
cemento (Que le darán pendiente).”
Entresuelo
“Los forjados de pisos y techos serán de tipo aligerado, compuestos de material cerámico hueco,
suela cerámica pretensada y nervios de hormigón armado.”
Ventanas
“La cristalería será de luna securizada de 6 mm con marcos de ventanas y ventanales de aluminio.”
35
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
U
Cerramiento [W/m^2K]
MURO
EXTERIOR DE
0.25 m
2.075
MURO
EXTERIOR DE
0.4 m
1.772
MURO
INTERIOR
2.596
ENTRESUELO
2.688
CUBIERTA
2.689
Material
Espesor
Mortero (cemento)
0.015
Ladrillo hueco
0.05
Cámara de aire
0.1
Ladrillo hueco
0.05
Mortero (cemento)
0.015
Granito
0.02
Mortero (cemento)
0.015
Ladrillo macizo
0.12
Cámara de aire
0.11
Ladrillo macizo
0.12
Mortero (cemento)
0.015
Granito
0.02
Yeso
0.001
Ladrillo hueco
0.1
Yeso
0.001
Terrazo
0.03
Mortero (cemento)
0.015
Hormigón armado
0.38
Rasilla
0.03
Mortero (cemento)
0.015
Rasilla
0.03
Mortero (cemento)
0.015
Tejas cerámicas
0.05
Espesor
total
0.25
0.4
0.102
0.425
0.14
Con los datos expuestos en la tabla y sabiendo que los cristales son simples de 6 mm, ya puede definirse
la envolvente térmica por completo. A continuación, se explica cómo se han volcado estos datos al
TrnBuild.
Los cerramientos antes de aplicarlos a cada zona, deben definirse en el “Wall Type Manager”. Esta
herramienta, consta de una librería muy completa de elementos con los que definir las capas de nuestros
cerramientos, y ofrece también al usuario la posibilidad de crear sus propios componentes.
36
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Figura 8-11 WallType Manager. Definición de
cerramientos
Cuando el cerramiento está definido por completo, el programa nos dá un resultado de espesor total del
cerramiento y un valor de transmitancia (Que és el que aparece representado en la tabla anterior)
Cuando ya estén definidos todos los muros, cubiertas y suelos que se van a utilizar, los asignamos a
todas las superficies de cada zona.
Figura 8-12 Asignación de cerramientos por zona
37
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Cuando estén definidos los tipos de cerramientos de cada zona, solamente quedará definir los huecos o
ventanas y repetir el proceso de asignación.
Para definir el tipo de ventanas de nuestro modelo, utilizaremos el “Windows Type Manager” en el que
el procedimiento será muy similar. Tal y como viene definido en el Pliego de Condiciones, [8] la
cristalería es simple de 6 mm con marcos de aluminio.
Las especificaciones más concretas en cuanto a las ventanas, han sido obtenidas de trabajos previos. [7]
Figura 8-13 WindowType manager. Definición de huecos
Una vez editadas las ventanas, que en nuestro caso hemos llamado: “VENTANASIMPLEDE6”, loas
asignaremos a cada uno de los huecos del edificio.
38
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Cálculo de infiltraciones (Type 571) v1
Las infiltraciones son el siguiente input del modelo que se ha definido. Hay que destacar que muy
probablemente, sea este, uno de los puntos más críticos del trabajo, ya que los resultados finales de
demanda térmica, varían mucho en función de las infiltraciones que se definan.
Para definir las infiltraciones, se ha utilizado un Type específico para el cálculo de infiltraciones,
desarrollado por la ASHRAE. El type es capaz de calcular la tasa de infiltraciones por zona a partir de
un modelo semi-empírico (denominado método del K1, K2, K3). Los resultados obtenidos mediante
éste método, pueden ser considerados como la forma más precisa de calcular infiltraciones, sin necesidad
de recurrir a mediciones aparatosas como las del “Blower Door Test”
Para realizar sus cálculos, este elemento sólo requiere que se le proporcionen los siguientes datos:
𝐴𝐶𝐻 = 𝐾1 + 𝐾2 × (𝑇𝑧𝑜𝑛𝑒 − 𝑇𝑎𝑚𝑏) + 𝐾3 × 𝑊𝑖𝑛𝑑𝑆𝑝𝑒𝑒𝑑
Los datos de Tamb y WindSpeed se obtienen del fichero de WeatherData de Trnsys, el de Tamb se
obtiene como un Output del TrnBuild, y finalmente, los coeficientes de infiltraciones K1, K2 y K3 se
introducen según la tabla:
Construcción
K1
K2
K3
Ligeras
0.1
0.011
Medias
Grandes
0.1
0.1
0.017
0.023
Descripción
Construcciones nuevas en las que se han tomado
0.034 medidas para prevenir las infiltraciones
Construcción llevada a cabo mediante métodos de
0.049 construcción tradicional
0.07 Evidencias de construcción pobre o antiegua
Figura 8-14 Coeficientes de infiltración sugeridos. Fuente ASHRAE Handbook infiltraciones
39
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Cálculo de infiltraciones v2 (Basado en cálculos CALENER)
Este segundo método, ha sido el empleado en la simulación. Los valores de infiltración han sido
obtenidos gracias a una página web de un proveedor del software de certificación energética Calener
[12]
Figura 8-15 Captura de Web Aurea: Cálculo de infiltraciones (Calener)
Como puede observarse en la figura anterior, el procedimiento de cálculo es muy simple: Se
introducen los datos de la cabecera: Volumen de Zona, áreas de fachadas, cubiertas, huecos y
lucernarios, y finalmente, unos valores de permeabilidad según la antigüedad de la construcción (50,
27, 9 o 3)
Figura 8-16 Valores de permeabilidad de ventanas
40
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Una vez introducidos todos los datos, los valores de infiltración resultantes, en tasas de
renovación/hora son los siguientes:
ZONA
VOLUMEN
AREA FACHADA
VENTILACIÓN MECÁNICA
AREA HUECOS
AREA LUCERNARIO
AREA PUERTAS
CLASE PERMEABILIDAD
CUBIERTAS
TASA INFILTRACIONES
BIBLIOTECA HALL PB
HALL 1-2
ALAS N-S
TATAMI
ASEOS ALAS
ALMACENES-CUARTOS
CALDERA-ALMACEN
3173.7
1656.9
853.5
2865.6
839.04
94.96
65.53
122.33
1353.7
372.23
385.495
1455.79
231.04
80.27
62.32
76.95
0
0
0
0
0
0
0
0
171.22
47.8
31.31
103.98
75.12
1
0
3.712
0
0
0
0
0
0
0
0
20.9
28.71
0
6.75
31.64
0
7.26
7.25
50
50
50
50
50
50
50
50
835
289.32
289.32
971.4
220
32.19
32.29
32.19
0.542
0.325
0.552
0.6
0.526
0.923
1.504
0.826
Figura 8-17 Resultados de infiltraciones (en base a Calener)
Cálculo de cargas térmicas internas por ocupación (Type 56: TrnBuild)
A continuación, se detallará el modo como se han tenido en cuenta las cargas internas por ocupación
en el edificio.
En primer lugar, se nombran y añaden nuevos inputs en el edificio desde el TrnBuild. Se han
nombrado como: “OCUPACIONBIBLIO”, “OCUPACIONHALLPB”, etc. Podemos verlo en la
siguiente figura:
Figura 8-18 Ventana de Inputs
41
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Una vez definidos los nuevos inputs, establecemos unos valores de ocupación horarios con el
Type14.
Cada zona tiene distintos niveles de ocupación, ya que, no todas las brigadas cuentan con el mismo
número de alumnos. Así pues, habiendo averiguado el número de alumnos de cada brigada y la zona
destinada a cada una, se ha definido el horario para el cual los alumnos se encuentran obligatoriamente
estudiando o durmiendo, estableciendo, para esas horas, una ocupación total por parte de esa brigada.
Figura 8-19 Definición horarios de ocupación
Una vez definidos los valores de estos types, se introducen como input en el Type 56. Con esto
hecho, sólo queda definir la ocupación en “Gains” dentro del TrnBuild.
Cálculo de las cargas térmicas internas por iluminación
Otro de los factores que suponen un aporte térmico en los interiores del edificio, es la iluminación.
Definirlo en TrnBuild es muy intuitivo, y se hace también desde el apartado “Gains” en el punto
“Artificial Lighting”.
42
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
En este apartado, hay que definir la superficie de suelo “related floor área” y la concentración de luz
por metro cuadrado con “total heat gain”. En éste último apartado, da opción de elegir entre una variedad
de lámparas. En nuestro caso, la que se ha definido es la de 13 W/m2 EVG direkt:
Figura 8-20 Detalle iluminación artificial Francisco Moreno
Figura 8-21 Asignación horarios de ocupación por zonas
43
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
En cuanto a los horarios de iluminación, se ha diferenciado entre:



Zonas que no tienen ocupación, y que, por tanto, se han considerado como “siempre” apagadas.
Zonas de habitabilidad y Halls “ILUMINACIONHABITABLES”, que están iluminadas
durante todo el día, excepto en las horas de “silencio” y por las noches.
La biblioteca “ILUMINACIONBIBLIO” según sus horarios de apertura.
Definición del sistema de calefacción
El sistema de calefacción puede ser definido desde TrnBuild o con un Type específico de la librería de
Trnsys. Dada la intuitiva interfaz que nos ofrece el TrnBuild, se ha optado por esta primera opción, ya
que, entre dos opciones igualmente válidas, es preferible escoger aquella que de menos opciones a
equivocarse y permita conseguir mismos resultados en un tiempo menor.
Figura 8-22 Definición de horarios de calefacción
44
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Lo primero que hemos definido del sistema han sido los horarios de funcionamiento del sistema de
calefacción, a través de un Type específico de Trnsys (Type 14) .Como se ha mencionado anteriormente,
el sistema carece de termostatos y funciona de forma ininterrumpida, según el siguiente horario: De
05:00 a.m. a 08:00 a.m. y de 08:00 p.m. a 12:00 a.m. 7
Una vez establecidos los horarios, los hemos introducido como input en el modo de funcionamiento
del apartado de calefacción de TrnBuild.
Es necesario también definir una temperatura de confort si queremos que el programa nos de valores
de aporte de energía Qheat, de modo que hemos establecido esta temperatura en 25ºC, que es, por lo
general, la temperatura media que suele haber en el Cuartel.
Tras estos simples pasos, queda definido el sistema de calefacción. Una vez hecho esto, el programa
podrá hacer cálculos de demanda de energía de calefacción.
Si queremos que Trnsys exporte estos valores a través de sus gráficas, o de un documento de texto,
primero hay que establecer en el apartado de Outputs de TrnBuild, que Qheat sea uno de los valores que
“salgan” del type junto con los que ya lo hacen por defecto (Temperaturas, Qsens, etc.)
Una vez definido el Output, tendremos acceso de Trnsys a los resultados de demanda de calefacción.
Es necesario mencionar que los valores que proporciona Trnsys de Qheat vienen, por defecto, en
unidades de KJ/h , por lo que, es necesario interponer un “Type equation” que multiplique el resultado
por (3.6/1000) para obtener los valores en kWh, que son las unidades en las que vienen los consumos de
las facturas, y que son las más comunes.
Figura 8-23 Type Ecuación: Conversor KJ/h - kWh
En la simulación se han considerado horarios, pero no los meses de calefacción. Se considera válida la simplificación
ya que al subir las temperaturas, la demanda calculada en esos periodos es nula o desestimable.
7
45
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Una vez definida la conversión de cada output, se envían los resultados a unos types (Types 65b),
en los que se representarán y exportarán a documentos los resultados Además de los resultados de Qheat,
se representan la T exterior y T interior en [ºC] para poder comprender mejor la evolución de las
demandas de calefacción.
A continuación se muestra un ejemplo de gráfica devuelta por el plotter.
Figura 8-24 Grafica Trnsys de resultado
De este modo, ya podemos conocer los datos de demanda en la situación actual del edificio, pero
como se mostrará más adelante, mediante algunas modificaciones de la envolvente tales como la adición
de aislantes o el cambio de cristalería, se podrá apreciar la gran influencia que tiene el estado de
envolvente térmica en la demanda.
46
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
9 PROPUESTA DE ALTERNATIVAS
DE REHABILITACIÓN DE
ENVOLVENTE Y APLICACIÓN
Los aislantes de los edificios permiten mantener un ambiente más constante en el interior de zonas
térmicas, de modo que las condiciones varíen lo menos posible ante la variabilidad de las condiciones
climatológicas exteriores. Ello, permite reducir notablemente los consumos energéticos tanto de
calefacción, como de refrigeración.
9.1 Aislamiento en las cámaras de aire de fachadas exteriores
La insuflación de aislante térmico en las cámaras de aire, es otra solución constructiva muy frecuente
en la rehabilitación de envolventes térmicas. Es una manera sencilla de mejorar la envolvente de edificios
antiguos cuando cuentan con cámaras de aire en sus fachadas.
El fundamento de este tipo aplicaciones es muy sencillo. Consiste en introducir aislamiento a presión
hasta completar la cámara o llegar a una cantidad que ya asegure la mejora de la eficiencia energética.
Puede aplicarse tanto desde exteriores como desde interiores, aunque es más frecuente hacerlo desde
exteriores ya que las molestias que generan las obras a los inquilinos son mucho menores.
Por lo general, está técnica se lleva a cabo cuando se ha descartado la opción de implantar sistemas
de aislamiento sobre el exterior de la fachada (Como es el caso de los sistemas SATE)
El aislante térmico aplicado en las cámaras de aire, puede ser de varios tipos, como la lana mineral
(muy frecuente) o la celulosa entre otros.
Figura 9-1 Sistema de insuflación de aislantes en cámaras
de aire
47
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Para la simulación de la demanda energética tras la aplicación de este tipo de soluciones, se ha
optado de nuevo por basar los cálculos en datos facilitados de la empresa Rockwool.
Como vemos en el presupuesto (Anexo V: Presupuestos), la insuflación se haría desde el interior
del edificio. El motivo por el cual he considerado mejor opción hacerlo de este modo es debido a que la
cámara de aire, en el caso del Cuartel Francisco Moreno, es mucho más accesible desde el interior, tal y
como puede deducirse de las siguientes tablas:
Cerramiento
MURO
EXTERIOR DE
0.25 m
Cerramiento
MURO
EXTERIOR DE
0.4 m
U [W/m^2K] Material
0.373
Mortero (cemento)
Ladrillo hueco
Nódulos de lana de roca, Rockwool 001
"ROCKWOOL"
Ladrillo hueco
Mortero (cemento)
Granito
U [W/m^2K] Material
0.636
Mortero (cemento)
Ladrillo macizo
Nódulos de lana de roca, Rockwool 001
"ROCKWOOL"
Ladrillo macizo
Mortero (cemento)
Granito
48
Espesor
0.015
0.05
0.1
Espesor total
0.25
0.05
0.015
0.02
Espesor
0.015
0.12
0.11
0.12
0.015
0.02
Espesor total
0.4
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Para aplicar las modificaciones al Trnsys, hemos llevado a cabo el mismo procedimiento que para
la simulación de la implantación del sistema SATE, es decir, hemos utilizado el edificio actual como
punto de partida, cambiando únicamente la composición de los cerramientos (Cambio de cámara de aire
por aislamiento con lana de roca).
Figura 9-2 Captura Wall Type Manager: Adición de aislamientos
9.2 Sustitución de superficies acristaladas
La renovación de vidrios en huecos/ventanas de los edificios sea quizás una de las más efectivas
acciones para la mejora de la eficiencia energética de construcciones.
En general, la mayoría de construcciones del parque edificatorio nacional, no cuentan con ventanas
aislantes, ello conlleva unas prestaciones térmicas muy pobres. La sustitución de los vidrios monolíticos
por los de doble acristalamiento o aislantes (también denominados de Baja emisividad) puede aportar
grandes ahorros en la demanda energética.
Los huecos son quizás la gran debilidad de cualquier envolvente térmica, ya que, es a través de ellos
por donde se producen las grandes fugas de calefacción.
Aunque esta solución haya sido propuesta en último término, dada la fácil actuación y gran
repercusión de su mejora, podría haberse presentado como la primera solución a valorar técnica y
económicamente.
Para el estudio de sustitución de vidrios, hemos obtenido datos de la empresa control glass (Anexo
V: Presupuestos)
49
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
La modificación que se va realizar es la sustitución de un cristal monolítico de 6mm por un
acristalamiento doble de baja emisividad de 6/8/6 mm tal y como se puede ver en la siguiente ilustración:
En esta ocasión, no solamente se ha modificado el tipo de cristal aplicado al modelo, también se han
calculado de nuevo las infiltraciones ya que, aunque no se hayan sustituido los marcos, la mejora de
estanqueidad con la reforma podría mejorarse hasta reducir el valor de infiltraciones a una tercera parte
(estimación).
50
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
10 RESULTADOS
10.1 Análisis de la demanda energética actual con TRNSYS
En este apartado se expondrán y evaluarán los resultados de demanda térmica de calefacción
proporcionados por Trnsys. El periodo de estudio comprende todo un año (8760 h), y se divide en los
periodos de facturación relativos al año 2015.
Finalmente, se procederá a comentar y contrastar los resultados con los datos de consumos del año
2015 proporcionados por el servicio de mantenimiento de la Escuela Naval.
Hay que tener en cuenta que los datos de consumo energético, son en base al consumo de las
calderas, que como hemos mencionado anteriormente en la Descripción del edificio: Cuartel Francisco
Moreno, dan servicio tanto al sistema de calefacción como al de ACS. Por tanto, nos servirán únicamente
para hacernos una idea aproximada del orden de magnitud esperado de los resultados, sin servir de
referencia exacta.
A continuación se representan los periodos de facturación correspondientes al año 2015 y en los que
nos hemos basado para evaluar resultados parciales de Trnsys:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
Enero: 23/12/2014 a 22/01/2015
Febrero: 22/01/2015 a 16/02/2015
Marzo 16/02/2015 a 24/03/2015
Abril; 24/03/2015 a 23/04/2015
Mayo: 23/04/2015 a 21/05/2015
Junio: 21/05/2015 a 23/06/2015
Julio: 23/06/2015 a 22/07/2015
Agosto: 22/07/2015 a 19/08/2015
Septiembre: 19/08/2015 a 23/09/2015
Octubre: 23/09/2015 a 22/10/2015
Noviembre: 22/10/2015 a 24/11/2015
Diciembre: 24/11/2015 a 22/12/2015
Enero : 22/12/2015 a 21/01/2016
51
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
10.1.1 Demanda global y validación
En la siguiente gráfica, figuran los resultados obtenidos en la simulación: en el eje de abscisas están
los distintos periodos de demanda, y en el de ordenadas, los valores de demanda de calefacción mensual
expresados en kWh.
60000
52529
49971
DEMANDA ENERGÉTICA [KWH]
50000
45460
41365
40000
33910
30000
23060 22677
20000
11040
10000
6108
3251
1127
1123
2191
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
PERIODO DE FACTURACIÓN
CONSUMO ACTUAL
Figura 10-1 Gráfica de demanda de calefacción actual
Para la comprobación de los resultados obtenidos en la simulación, nos basaremos tanto en los
consumos periódicos de las calderas como en los cálculos teóricos de consumo de ACS para el mismo
edificio a lo largo del año. Estos datos han sido estudiados en otro trabajo de fin de grado de forma
simultánea [13].
52
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
CONCEPTO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Q (KWh)
consumido en
caldera
54000
132830
80630
48770
38350
21290
11080
11840
24500
18920
47170
63180
47230
Q (termias)
consumido
teorico ACS
6706
5940
6319
5866
5932
4493
2837
58
5741
6061
6115
6706
6404
Q(KWh)consu
mido teorico
ACS
7792
6902
7343
6816
6893
5221
3297
67
6671
7043
7106
7792
7441
Q (KWh)
calefaccion
estimación
real
46208
62964
73287
41954
31457
16069
7783
11773
17829
11877
40064
55388
39789
Q (KWh)
edificio de
referencia
(TRNSYS)
33910
45460
49971
23060
22677
3251
1127
1123
2191
11040
41365
52529
6108
Diferencia
12297
17504
23316
18894
8780
12818
6657
10649
15638
837
-1301
2859
33681
80000
73287
70000
62964
DEMANDA ENERGÉTICA [KWH]
60000
55388
52529
49971
50000
46208 45460
41954
41365
40064
39789
40000
Real
33910
Trnsys
31457
30000
2306022677
20000
17829
16069
11877
11040
11773
7783
10000
6108
3251
1127 1123 2191
6
7
0
1
2
3
4
5
8
9
10
11
12
13
PERIODO DE FACTURACIÓN
Figura 10-2 Gráfica comparativa de consumos: Trnsys vs real facturado
53
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
En la primera fila de la tabla, se relacionan los distintos periodos de referencia. En la segunda, los
datos de consumos [kWh] de las dos calderas según las facturas8.
En la tercera, encontramos los datos de consumos de ACS obtenidos mediante tablas referencia
acordes con la normativa de consumo de ACS en cuarteles militares. Estos valores, vienen expresados
en termias, por lo que, en la siguiente fila, se aplica un factor de conversión para obtener los mismos
valores en nuestras unidades de trabajo, los kWh.
En la sexta fila se encuentran los valores resultantes de la simulación en Trnsys.
Entre los meses comprendidos entre 6 y 9, las cifras que se manejan son menores, por lo que, en
esas fechas, el margen de error en el cálculo de la simulación puede considerarse bajo dadas las
circunstancias.
A pesar de que los valores correspondientes a la temporada estival sean de dudosa fiabilidad, ello
no supone un gran problema, dadas las características de estos periodos, en los que, la ocupación se
reduce a un campamento de jóvenes del Colegio de Huérfanos de la Armada y a pocos alumnos
recuperando asignaturas. En esos periodos, se da un bajo consumo de ACS y el sistema de calefacción
está apagado (Consumo nulo de calefacción). A pesar de que tengamos valores de calefacción asociados
a estos periodos, estos valores son muy bajos, y para la aproximación que necesitamos, se puede obviar
el error 7.
10.1.2 Demanda por zonas
Como es natural, no todas las zonas térmicas del edificio requerirán el mismo aporte de energía para
alcanzar la temperatura de consigna. Las zonas más demandantes son, por orden:
12345678-
Biblioteca (64976 kWh)
Ala Norte 2ª Planta (60813 kWh)
Ala Sur 2ª Planta (54619 kWh)
Ala Norte 1ª Planta (45126 kWh)
Ala Sur 1ª Planta (39818 kWh)
Hall 2ª Planta (19162 kWh)
Hall Planta Baja (18902 kWh)
Hall 1ª Planta (13122 kWh)
Evidentemente las zonas con mayor demanda son las que tienen mayor volumen (Alas de
habitabilidad y Biblioteca). Por ello, la Biblioteca (3173 m^3) requiere mayor aporte de energía que
las Alas de habitabilidad (2865 m^3). Aunque a priori puede dar la impresión de que el volumen de
las alas es mayor, no es así, aunque la sección sea menor, la altura de la biblioteca es mayor.
Por otro lado, dentro de las zonas con volúmenes muy similares, como es en el caso de las 4
alas de habitabilidad, se produce una mayor demanda en aquellas que están más elevadas y
orientadas al Norte. (A pesar de tener valores distintos, todas ellas se encuentran dentro de un rango
de valores muy próximos).
Una vez obtenidos los valores de demanda para mantener las condiciones de confort, tenemos
ya un punto de referencia sobre el que establecer una comparativa entre los valores asociados a
distintas variaciones en la envolvente, pudiendo así, evaluar la medida en la que ésta influye en la
demanda.
Es importante reseñar que el valor de consumos del segundo periodo no se corresponde con el marcado según factura
debido a un error en la lectura de contador de ese mes. Por ello, se ha hecho una interpolación de valores para obtener un
resultado coherente.
8
54
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
10.2 Aislamiento fachada con sistema SATE
Durante el desarrollo de este apartado, se expondrán las características principales de este tipo de
aislamientos, a fin entender el tipo de solución constructiva propuesta, y los motivos por los que la hemos
elegido. Una vez definido el sistema, se expondrá el procedimiento de aplicación del sistema SATE al
modelo creado en Trnsys, que únicamente variará las características de los cerramientos exteriores, dado
que el resto de inputs se mantendrán tal y como se han definido el en modelo explicado anteriormente
(Procedimiento de simulación y cálculos)
Finalmente, sólo nos restará presentar una tabla de resultados con un análisis de éstos (Resultados
Sistema SATE) y el presupuesto estimado para la realización de la obra así como el período de
amortización (Estudio económico básico de viabilidad).
SATE son las siglas de Sistemas de Aislamiento Térmico Exterior. Es un sistema de aislamiento de
fachadas exteriores utilizado para la rehabilitación de la Envolvente Térmica de Edificios. [14]
Con este tipo de aislamientos, se revisten y aíslan las zonas térmicas, tengan la geometría que tengan.
De este modo se reducen la mayoría de puentes térmicos.
Las principales ventajas que presentan son las siguientes:

Eficiencia: Ya que se ha demostrado que por lo general: “se consiguen ahorros netos de energía
próximos al 30%. Se estima que la inversión realizada para la instalación del sistema se amortiza
en los 5 años siguientes”

Fácil Instalación: La incorporación de estos sistemas en las viviendas no genera molestias a los
inquilinos, ya que, todas las actuaciones, se hacen desde el exterior, por lo que no es necesario
su desalojo.
Se ha optado por implantar este sistema porque supone una solución constructiva tan recomendable
como frecuente entre las empresas dedicadas a la rehabilitación de la envolvente térmica.
55
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
El sistema SATE está formado por varias capas tal y como se muestra en la siguiente figura:
Figura 10-3 Estructura de sistema SATE
El esquema presentado es muy genérico, por lo que no se podría haber definido el aislamiento en el
modelo sin tener más datos.
Por ello, ha sido necesario un proceso búsqueda de las distintas alternativas ofertadas por empresas
especializadas para poder implantar una en concreto.
La empresa seleccionada ha sido la multinacional Rockwool, especializada la rehabilitación de
edificios, que cuenta con una buena cobertura en toda la zona peninsular. En la página web [15] se puede
encontrar información relativa a las distintas opciones de SATE posibles, no obstante, se ha utilizado un
presupuesto (Anexo V: Presupuestos) de un sistema concreto de la misma empresa extraído de una
página especializada en el cálculo de presupuestos. [16]
Los datos extraídos del presupuesto han sido una referencia que, además de aportar una idea del
coste económico de la ejecución, nos han permitido concretar un sistema sobre el que aplicar en el
modelo de la simulación.
56
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
De este modo, las fachadas exteriores quedarían como sigue a continuación:
Cerramiento
U [W/m^2K] Material
Aislante ROCKSOL-E 501 (lana de roca)
Capa Base de Mortero Polimerico
AISLAMIENTO
Malla de refuerzo
SATE
Mortero de adhesion
Capa de Acabado
1.42
Mortero (cemento)
Ladrillo hueco
Camara de aire
MURO EXTERIOR
DE 0.25 m
Ladrillo hueco
Mortero (cemento)
Granito
Espesor
0.05
0.004
0
0.004
0.002
0.015
0.05
0.1
0.05
0.015
0.02
Espesor total
Cerramiento
Espesor
0.05
0.004
0
0.004
0.002
0.015
0.12
0.11
0.12
0.015
0.02
Espesor total
U [W/m^2K] Material
Aislante ROCKSOL-E 501 (lana de roca)
Capa Base de Mortero Polimerico
AISLAMIENTO
Malla de refuerzo
SATE
Mortero de adhesion
Capa de Acabado
1.27
Mortero (cemento)
Ladrillo macizo
MURO EXTERIOR
Camara de aire
DE 0.4 m
Ladrillo macizo
Mortero (cemento)
Granito
0.06
0.25
0.06
0.4
Una vez aclarado el sistema elegido, debemos aplicarlo en Trnsys. Como se ha explicado
anteriormente, los cerramientos son lo único que se va a cambiar del modelo, por ello, partiremos de un
archivo réplica del modelo actual sobre el cual trabajaremos, con todo lo que ello conlleva (mismas
infiltraciones y cargas, mismas condiciones meteorológicas, etc.)
Una vez en el “nuevo” archivo, modificamos los cerramientos desde TrnBuild.
Una vez definidos los nuevos cerramientos, se guarda el nuevo archivo modificado (.bui) y
actualizamos en el archivo Trnsys (.tpf) para poder ejecutar la simulación.
57
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Figura 10-4 WallType Manager. Adición de aislante SATE
58
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
10.3 Análisis de la demanda energética de alternativas con TRNSYS
10.3.1 Sistema SATE
ESTADO
Demanda
(calefacción)
[kWh]
1
2
3
4
ACTUAL
286120
33910
45460
49971
23060
SATE
155723
22228
28553
28171
130398
11682
16907
46%
34%
8720
10551
6
7
11
12
13
22677 3251 1127 1123 2191 11040
41365
52529
6108
7797
7957
2285
21373
33347
4011
21800
15262
14721 3025 1117 1108 2074 8755
19992
19182
2097
37%
44%
66%
65%
93% 99% 99% 95%
79%
48%
37%
34%
781
1131
1458
1021
984
202
75
74
139
585
1337
1283
140
945
1368
1764
1235
1191
245
90
90
168
708
1618
1552
170
226
8
10
9
15
10
117
Figura 10-5 Resumen de ahorros SATE
60000
52529
49971
50000
DEMANDA ENERGÉTICA [KWH]
Ahorro
energético en
kWh
Ahorro %
Ahorro
energético en
eur
Con IVA
5
45460
41365
40000
33910
33347
2855328171
30000
2306022677
22228
21373
20000
11040
7797 7957
10000
6108
4011
3251
2191 2285
2261127
15 117
10 1123
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
PERIODO DE FACTURACIÓN
ACTUAL
SISTEMA SATE
Figura 10-6 Gráfica comparativa: Demanda actual vs demanda SATE
59
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Tal y como se observa en la tabla de resultados, la implantación de este tipo de sistemas de
aislamientos supondría anualmente un ahorro notable en el consumo de energía de calefacción.
En la gráfica se observa claramente la gran diferencia en requerimientos de demanda energética entre el
Cuartel con aislamiento SATE o sin él
10.3.2 Aislamiento de cámaras
Demanda
energética
CONCEPTO
1
2
3
4
(calefacción)
[kWh]
ACTUAL
286120
33910 45460 49971 23060
AISLA
231163
29337 38615 40928 16305
CÁMARA
Ahorro
energético
54957
4573 6845 9044 6755
en kWh
Ahorro %
19%
13%
15%
18% 29%
Ahorro
energético
3675
306
458
605
452
en eur
Con IVA
4447
370
554
732
547
5
6
7
8
9
10
11
6108
16027 ## ## 570 ### 6727 33214 44761
5250
6650 ## ## 554 932 4314 8151
7767
858
29%
## ## ### ### 39%
20%
15%
14%
445
## 39 37 62
288
545
519
57
538
## 47 45 75
349
660
628
69
60000
52529
49971
DEMANDA ENERGÉTICA [KWH]
45460
44761
41365
40928
38615
40000
33910
30000
33214
29337
2306022677
20000
1630516027
11040
10000
6727
6108
5250
3251
2191
16221127
570 1259
5481123
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
PERIODO DE FACTURACIÓN
ACTUAL
13
22677 ## ## ### ### 11040 41365 52529
Figura 10-7 Resumen ahorros aislamiento cámara
50000
12
AISLAMIENTO EN CAMARA
Figura 10-8 Gráfica comparativa: Sistema actual vs Aislamiento en cámara
60
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
10.3.3 Sustitución de superficies acristalada
ESTADO
Demanda
energética
(calefacción)
[kWh]
1
2
3
4
5
NO ASILADO
286120
33910
45460
49971
23060
22677
243925
30308
40190
42979
17836
42196
3603
5270
6992
15%
2822
3414
11%
241
291
12%
352
426
14%
468
566
7
8
9
10
11
12
13
3251 1127 1123 2191 11040
41365
52529
6108
17501
1751
453
487
1149
7647
35306
46685
5474
5224
5177
1500
674
637
1042
3393
6059
5844
634
23%
349
423
23%
346
419
46%
100
121
60%
45
55
57%
43
52
48%
70
84
31%
227
275
15%
405
490
11%
391
473
10%
42
51
Figura 10-9 Resumen ahorros acristalamiento aislante
60000
52529
49971
50000
DEMANDA ENERGÉTICA [KWH]
DOBLE
ACRISTALAM
IENTO
Ahorro
energético
en kWh
Ahorro %
Ahorro eur
Con IVA
6
46685
45460
42979
40190
41365
40000
35306
33910
30308
30000
2306022677
1783617501
20000
11040
7647
10000
6108
5474
3251
17511127 1123 2191
453 487 1149
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
PERIODO DE FACTURACIÓN
ACTUAL
DOBLE ACRISTALAMIENTO
Figura 10-10 Gráfica comparativa: Demanda Actual vs Doble acristalamiento
61
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
10.4 Comparativa de demanda según la envolvente
En este apartado se hará una comparativa entre el estado actual y las tres soluciones constructivas de
rehabilitación, de este modo, podremos ver gráficamente la gran influencia que tiene la envolvente
térmica del cuartel Francisco Moreno en la demanda de energía de calefacción.
Con esta comparativa final, se consigue el objetivo de analizar la influencia de la envolvente en la
demanda térmica del Cuartel Francisco Moreno.
Mediante una gráfica elaborada en Excel, puede observarse fácilmente la influencia de cada medida
de rehabilitación de envolvente en la demanda.
A continuación se relaciona también una tabla resumen con el conjunto de valores de demanda de
calefacción calculados mediante Trnsys:
ESTADO
ACTUAL
SATE
AISLA
CÁMARA
DOBLE
ACRISTALAMI
ENTO
Demanda
(calefacción)
[kWh]
286120
155723
1
2
3
4
33910
22228
45460
28553
49971
28171
23060
7797
231163
29337
38615
40928
243925
30308
40190
42979
5
6
7
8
9
10
11
12
13
22677 3251 1127 1123 2191 11040
7957 226 10
15 117 2285
41365
21373
52529
33347
6108
4011
16305
16027 1622 548
570 1259
6727
33214
44761
5250
17836
17501 1751 453
487 1149
7647
35306
46685
5474
Figura 10-11 Comparación de demandas según envolventes
62
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
60000
52529
49971
50000
46685
45460
44761
42979
40190
38615
DEMANDA ENERGÉTICA [KWH]
40000
41365
40928
35306
33910
30000
33214 33347
30308
29337
28553
28171
23060
22228
22677
21373
20000
17836 17501
16305 16027
11040
10000
7797
7957
7647
6727
6108
5474
5250
4011
3251
2285
2191
1751
1622
1259
1149
1127548 1123570
226
10453 15487 117
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
PERIODO DE FACTURACIÓN
ACTUAL
ASILAMIENTO SATE
AISLAMIENTO CÁMARAS AIRE
CAMBIO ACRISTALAMIENTOS
Figura 10-12 Gráfica comparativa de demanda según envolvente
Es claramente visible la influencia que tiene el tipo de envolvente en la demanda energética. Esta
gráfica, nos permite extraer conclusiones claras sobre las capacidades de cada tipo de solución
constructiva.
Se concluye que el sistema SATE es de forma notoria el más sobresaliente de los aislamientos.
63
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
64
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
11 ESTUDIO ECONÓMICO BÁSICO
DE VIABILIDAD
11.1 Sistema SATE
Como se ha podido demostrar por los resultados (Figura 10-6 Gráfica comparativa: Demanda actual vs
demanda SATE), este tipo de asilamientos, aplicados en nuestro edificio ofrecen una reducción de la
demanda muy notable.
En los periodos objeto de estudio, se observa un ahorro cercano al 40-50%, un resultado que cumple con
las expectativas.
Dado que el edificio en su estado actual tiene un gran margen de mejora, unos resultados tan elevados
de ahorro pueden considerarse como la solución más propicia y válida.
El ahorro económico sería de 10551 € anuales 9.
El presupuesto de la obra es de 59.03 €/ m2: Con una fachada de aproximadamente 2000 m2, equivale a
un total de 118060 €. Hay que tener en cuenta que sobre este precio se puede aplicar una subvención 10
Partiendo del presupuesto de la empresa RockWool, la obra se estima en 118060€. Con la subvención
[17] se descuenta un 30% hasta un máximo 6000€ en nuestro caso (si se considerara bloque de viviendas,
el tope estaría en 12000€). De este modo, el presupuesto quedaría en 112060 €
Figura 11-1 Tabla de Ayudas detallada. Fuente: Resolución de 25 Junio de la IDAE
Con un ahorro anual de gas destinado a calefacción de 10551 €:
El tiempo de amortización de una obra como esta sería 10.6 años. En principio es un periodo de
amortización más que aceptable, por lo que, esta medida podría ser planteada como una buena medida
a aplicar en un futuro. Sería recomendable llevar a cabo un estudio en profundidad de esta medida.
El precio del MWh de consumo es, según factura de 66.87€
Programa de ayudas para rehabilitación energética de edificios existentes (PAREER) publicada en B.O.E número 107,
de 5 de mayo de 2015
9
10
65
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
11.2 Aislamiento de cámaras
También con este tipo de sistemas se observa una gran mejoría en la eficiencia térmica de la
envolvente (Figura 10-8 Gráfica comparativa: Sistema actual vs Aislamiento en cámara). No obstante,
los ahorros siguen siendo mayores con sistema SATE, lo cual justifica, que en la mayoría de
viviendas/bloques de viviendas se opte por la primera solución.
Tal y como puede deducirse de los resultados, los porcentajes de ahorro energético se encuentran en
torno al 15-20 %. Esta reducción de necesidades energéticas se traduciría en un ahorro anual de 4447 €.
Tal y como hemos visto en el presupuesto de la empresa para realizar este asilamiento, el precio estimado
de la obra sería de 36.78 €/m2:
Con 2000m2 de fachada, por tanto 73560 €
Partiendo del presupuesto de la empresa RockWool, la obra se estima en 73560€. En este caso, no está
tan claro que con 20% de ahorro la eficiencia energética aumente en dos letras (condición necesaria para
poder recibir la subvención) de modo que no se aplicará, suponiendo así el peor de los casos.
Con un ahorro anual de gas destinado a calefacción de 4447 €:
El tiempo de amortización de una obra como esta, sería de prácticamente 16 años y medio, seis años
más de los que se tardaría en amortizar el sistema SATE.
11.3 Sustitución de superficies acristaladas
En este tercer y último caso, los valores obtenidos son muy parecidos al anterior, con ahorro
energéticos de un 15%, por lo que, el ahorro económico, podríamos haber adelantado que estaría también
en torno a los 3000€, concretamente en 3414€ anuales.
Lo que hay que valorar ahora es: cuál sería el coste de la obra en este caso. El presupuesto de la
empresa “Control Glass”(Anexo V: Presupuestos) se hará de forma aproximada teniendo en cuenta los
dos tipos de ventanas predominantes en la fachada: las ventanas de los estudios (4.91 m^2) a 69.79 €/ud.
y de las camaretas (1.68 m^2) a 65.99 €/ud. Quedarían excluidas de este grupo zonas como el Tatami,
las Hall y finalmente la biblioteca (cuyas ventanas no son tan deficientes como en el resto del edificio
debido a que son prácticamente nuevas)
De este modo, con 80 ventanas de 1.68 y 40 de 4.91 el coste sería de 8070.8 € (5279.2€+2791.6€)
Sabiendo estos datos, se obtiene que el periodo de amortización sería 2.3 años. Por tanto, es una
opción muy viable, ya que llevarla a cabo requiere un desembolso económico relativamente bajo en
proporción a las otras dos, por lo que se amortizaría en poco tiempo.
66
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
12 CONCLUSIONES Y LINEAS
FUTURAS
12.1 Conclusiones
Los objetivos de este Trabajo de Fin de Grado se han cumplido. Por una parte, se ha conseguido
analizar, mediante el estudio de tres propuestas de rehabilitación, la influencia que tiene la envolvente
térmica del cuartel Almirante Francisco Moreno sobre la demanda térmica, y por otra, se han extraído
conclusiones valiosas sobre la efectividad de las distintas soluciones de rehabilitación propuestas:



Un sistema SATE (amortizado en 10.6 años) permitiría ahorros anuales del 50%, equivalentes a
una reducción de 10551€ anuales en las facturas.
El sistema de aislamiento de cámaras (amortizable en 16.5 años) supondría una mejora en un 1520%, equivalente a 4447€ de ahorro anual
Un acristalamiento de doble hoja aislante, supondría una inversión baja (amortizable en 2.3 años)
con mejoras de eficiencia próximas a la solución anterior (aislamiento en cámara), con ahorros
económicos similares: 3414€ anuales.
Se ha llegado a demostrar, por tanto, que el sistema SATE, es la medida de mejora de envolvente
más efectiva, seguida de: la instalación de cristales aislantes y la insuflación de aislantes (lana de roca)
en cámara.
Este trabajo, ha permitido también, poner de manifiesto la importancia que tiene hoy en día la
eficiencia energética, ya que:



Los recursos energéticos de los que disponemos, no son infinitos.
Es necesario salvaguardar, en la medida de lo posible, el medio ambiente.
Los ahorros económicos asociados a la eficiencia de los recursos energéticos, son considerables.
Por último, cabe destacar la gran utilidad de la herramienta de cálculo utilizada, el Trnsys, un
software muy complicado, que exige una definición muy rigurosa de los elementos con los que
definir el modelo, pero que, al mismo tiempo, aporta gran fiabilidad en sus resultados.
67
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
12.2 Lineas futuras
Los resultados obtenidos a lo largo de este Trabajo de Fin de Grado han servido para llegar a la
conclusión de que la envolvente térmica influye significativamente en la eficiencia energética de los
edificios, y que por tanto, es necesario estudiar más en profundidad algunas medidas de mejora, ya que,
con las nuevas normativas de ahorro energético, todas las edificaciones tienen que ir adaptándose a una
nueva etapa de sostenibilidad de los recursos.
Son numerosas las ayudas (proporcionadas por organismos tanto europeos como nacionales)
destinadas a favorecer la adopción de medidas de reducción de demanda energética, es por tanto
necesario, llevar a cabo un estudio más exhaustivo de la viabilidad de las mejoras planteadas en este
trabajo, ya que, debido a su ámbito, en este trabajo no se ha podido profundizar un tema tan específico
como el de las diversas ayudas de los distintos organismos.
Otro de los aspectos que habría que considerar es: cómo afectarían las reformas de la envolvente en
la certificación energética del edificio, ya que, muchos requisitos para la aprobación de subvenciones
por parte del Estado se basan en el grado en la mejora de certificación, siendo mayor cuanto mayor sea
la influencia de las medidas sobre la letra de calificación energética.
68
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
13 BIBLIOGRAFÍA
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http://www.europarl.europa.eu/ftu/pdf/es/FTU_5.7.3.pdf. [Último acceso: 2 Febrero 2016].
[2]
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17 de marzo (BOE 08-noviembre-2013), 2013.
[3]
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http://www.armada.mde.es/ArmadaPortal/ShowBinaryServlet?nodePath=/BEA%20Reposit
ory/Desktops/Portal/ArmadaEspannola/Pages/mardigital_docinstituc/01_docu-institucionaldefensa/00_responsabilidad-soc-MDEF/01_memoria-responsabilidadsocial_es/01_memoria//arch. [Último acceso: 02 Febrero 2016].
[4]
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climatización en el cuartel Francisco Moreno, Pontevedra, 2015.
[5]
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http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_informe_spahousec_acc_f68291a3.pd
f. [Último acceso: 24 Febrero 2016].
[6]
IDAE, «PLAN DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA 2011 - 2020,» 2011. [En
línea].
Available:
http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11905_PAEE_2011_2020._A2011_A
_a1e6383b.pdf. [Último acceso: 24 Febrero 2016].
[7]
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Energética del Cuartel, Pontevedra, Pontevedra, 2015.
[8]
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Militar de Marín,» Vigo, 1974.
[9]
M. V. González, Instalación Receptora de Gas Natural de la Sala de calderas de un
edificio militar (F.Moreno - Biblioteca), Vigo, 2010.
[10]
C. González Valiente y R. Ferrando Pérez, «Módulo 6: Instalaciones de climatización y
ventilación,» [En línea]. Available: http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanicageneral/Libros/Instalaciones%20de%20climatizacion%20y%20ventilacion.pdf.
[Último
acceso: 9 Febrero 2016].
[11]
Ingemecánica,
«Ingemecánica,»
[En
línea].
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Builder,
«Aurea
Consulting,»
https://ecoeficiente.es/infiltracioneshe/.
Available:
[13]
Ó. Vega Vegas, G. Lareo Calviño y A. Suárez García, Estudio del potencial de
aprovechamiento de la energía solar para usos térmicos en las instalaciones de la Escuela
Naval Militar, Pontevedra, 2016.
69
[En
línea].
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
[14]
IDAE, «Sistemas de Aislamiento Térmico Exterior (SATE) para la Rehabilitación de la
Envolvente Térmica de los Edificios,» Abril 2012. [En línea]. Available:
http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_12300_guia_sate_a2012_accesiblesed
an_df06746b.pdf. [Último acceso: 20 Febrero 2016].
[15]
«Rockwool,» [En línea]. Available: http://www.rockwool.es/. [Último acceso: 18
Febrero 2016].
[16]
«Generador de Precios,» [En línea]. Available: http://www.generadordeprecios.info/.
[Último acceso: 18 Febrero 2016].
[17]
IDAE, «Resolución del Director General del IDAE. Programa de ayudas para la
rehabilitación energética de edificios existentes,» 24 Marzo 2015. [En línea]. Available:
http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_PAREER-CRECEtexto_refundido_y_consolidado_5476c4c8.pdf. [Último acceso: 24 Febrero 2016].
70
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
14 ANEXOS
71
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
72
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
ANEXO I: TABLAS Y FACTORES. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Figura 0-1 Factor de sombra para obstáculos en fachada: Voladizo. Fuente CTE
Figura 0-2 Factor de sombra para obstáculos en fachada: Retranqueo. Fuente: CTE
73
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Figura 0-3 Factor de sombra para obstáculos en fachada: lamas. Fuente CTE
Figura 0-4 Factor de sombra para obstáculos de fachada: toldos. Fuente: CTE
74
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Figura 0-5 Factor de sombra para lucernarios. Fuente: CTE
75
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Figura 0-7 Temperatura exterior de cálculo
Figura 0-6 Temperaturas de consiga. Fuente: UNE-EN ISO 13790 20
76
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
Orientación
Tec (ºC)
NORTE
0,6·Te
SUR
Te
ESTE
0,8·Te
OESTE
0,9·Te
CUBIERTA
Te+12
SUELO
(Te+15)/2
PAREDES INTERIORES
Te·0,75
Figura 0-8 Índice de flujos de calor debido a ocupantes y equipos. Fuente: UNE-EN ISO 13790
77
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Figura 0-9 Índice de flujos de calor debido a ocupantes y equipos. Fuente: UNE-EN ISO
13790
Figura 0-10 Índice de flujos de calor debido a ocupantes y equipos. Fuente: UNE-EN ISO
13790
78
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
ANEXO II: PLANOS PLANTA Y ALZADO DEL EDIFICIO [7]
79
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
80
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
81
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
82
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
ANEXO III: IMÁGENES FACHADAS PRINCIPALES [7]
83
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
84
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
85
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
ANEXO IV: GRÁFICAS DE RESULTADOS
Estado Actual
86
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
87
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
88
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
89
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Sistema SATE
90
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
91
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
92
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
93
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Aislamiento de cámaras
94
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
95
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
96
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
97
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
Doble Acristalamiento
98
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
99
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
100
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
101
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
102
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
ANEXO V: PRESUPUESTOS
ZFF040
m²
Sistema ETICS REDArt
"ROCKWOOL" para aislamiento
térmico por el exterior de fachada
existente.
Rehabilitación energética de fachada, mediante aislamiento térmico por el exterior, con el sistema REDArt "ROCKWOOL", con DITE - 13/0959,
compuesto por: panel rígido de lana de roca volcánica de doble densidad (150 kg/m³ en la capa superior y 80 kg/m³ en la capa inferior),
no revestido, Rocksate Duo "ROCKWOOL", de 50 mm de espesor, fijado al soporte mediante mortero REDArt Adhesivo "ROCKWOOL" y
fijaciones mecánicas con taco de expansión con clavo, Ejotherm NTK U "ROCKWOOL"; capa de regularización de mortero polimérico
REDArt Capa Base "ROCKWOOL", armado con malla de fibra de vidrio antiálcalis, REDArt Malla Estándar "ROCKWOOL", de 3,5x3,8 mm
de luz, de 160 g/m² de masa superficial; revestimiento REDArt Acabado Silicato "ROCKWOOL", acabado grueso, color blanco, sobre
imprimación, REDArt Imprimación Silicato "ROCKWOOL", color blanco.
Descompuesto
Ud
Descomposición
Rend. Precio unitario
Precio partida
mt28mop080e
m Perfil de arranque de aluminio, de 50 mm de anchura, para nivelación y soporte de
los paneles aislantes de los sistemas de aislamiento térmico por el exterior sobre la
línea de zócalo.
0.170
9.80
1.67
mt28mao010a
kg Mortero REDArt Adhesivo "ROCKWOOL", compuesto por cemento en polvo y
polímeros sintéticos, para adherir los paneles aislantes, previo amasado con agua.
4.000
0.84
3.36
mt16lrw015ae
m² Panel rígido de lana de roca volcánica de doble densidad (150 kg/m³ en la capa
superior y 80 kg/m³ en la capa inferior), no revestido, Rocksate Duo "ROCKWOOL",
de 50 mm de espesor, según UNE-EN 13162, resistencia térmica 1,35 m²K/W,
conductividad térmica 0,036 W/(mK), Euroclase A1 de reacción al fuego, de
aplicación como aislante térmico y acústico en sistemas compuestos de aislamiento
por el exterior de fachadas.
Ud Taco de expansión, Ejotherm NTK U 110 "ROCKWOOL", de 110 mm de longitud,
con aro de estanqueidad y clavo para fijación de placas aislantes.
1.050
12.50
13.13
8.000
0.25
2.00
mt16aaa030
m Cinta autoadhesiva para sellado de juntas.
0.440
0.30
0.13
mt28mao020a
kg Mortero polimérico REDArt Capa Base "ROCKWOOL", para capa de refuerzo o para
adherir los paneles aislantes, previo amasado con agua.
6.000
0.96
5.76
mt28mop070d
m Perfil de esquina de PVC con malla, para remate lateral.
0.300
3.10
0.93
mt28mao070a
m² Malla de fibra de vidrio antiálcalis, REDArt Malla Estándar "ROCKWOOL", de
3,5x3,8 mm de luz, de 160 g/m² de masa superficial, para armar morteros.
1.100
1.44
1.58
mt28mao030a
kg Imprimación, REDArt Imprimación Silicato "ROCKWOOL", color blanco, compuesta
por silicato potásico, resinas acrílicas en dispersión acuosa y pigmentos minerales;
aplicable con rodillo, máquina de proyectar o cepillo.
0.350
3.08
1.08
mt28mao050a
kg Revestimiento REDArt Acabado Silicato "ROCKWOOL", acabado grueso, color
blanco, compuesto por silicato potásico, resinas acrílicas en dispersión acuosa y
pigmentos minerales; aplicable con llana.
0.320
3.00
0.96
mo054
h Oficial 1ª montador de aislamientos.
0.109
17.82
1.94
mo101
h Ayudante montador de aislamientos.
0.109
16.13
1.76
mo039
h Oficial 1ª revocador.
0.656
17.24
11.31
mo079
h Ayudante revocador.
0.656
16.13
10.58
% Medios auxiliares
2.000
56.19
1.12
% Costes indirectos
3.000
57.31
1.72
mt28mao090b
Coste de mantenimiento decenal: 2,95€ en los primeros 10 años.
Total [€/M^2]
59.03
Aplicación a nuestro edificio (Superficie efectiva de fachada ) m^2
249,751.36 €
4231
103
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
ZFI030
m²
Sistema "ROCKWOOL" de
aislamiento mediante la
insuflación, desde el interior, de
nódulos de lana mineral en
cámaras.
Rehabilitación energética de fachada mediante insuflación, desde el interior, de aislamiento termoacústico de nódulos de lana de roca, Rockwool
001 "ROCKWOOL", con densidad 70 kg/m³ y conductividad térmica 0,042 W/(mK), en el interior de la cámara de aire del cerramiento, de 100
mm de espesor medio; tapado de los taladros ejecutados en el paramento con posterior sellado; y capa de pintura plástica con textura lisa, color
blanco, acabado mate, con una mano de fondo con imprimación a base de copolímeros acrílicos en suspensión acuosa y dos manos de
acabado con pintura plástica (rendimiento: 0,187 l/m² cada mano).
Descompuesto Ud
Descomposición
Rend. Precio unitario
Precio partida
mt16lrw011f
kg Nódulos de lana de roca, Rockwool 001 "ROCKWOOL", densidad 70 kg/m³, calor
específico 840 J/kgK y factor de resistencia a la difusión del vapor de agua 1,3.
7.000
2.63
18.41
mt09moe080a
kg Mortero de cemento, color gris, compuesto de cemento, áridos seleccionados y
aditivos, tipo GP CSIII W2 según UNE-EN 998-1.
0.600
0.21
0.13
mt27pfj021a
kg Plaste de interior y exterior de fraguado rápido, color gris, aplicado con espátula, llana
o pistola.
0.200
4.37
0.87
mt27pfp010b
l
Imprimación a base de copolímeros acrílicos en suspensión acuosa, para favorecer
la cohesión de soportes poco consistentes y la adherencia de pinturas.
0.125
3.30
0.41
mt27pij040a
l
Pintura plástica para interior en dispersión acuosa, lavable, tipo II según UNE 48243,
permeable al vapor de agua, color blanco, acabado mate, aplicada con brocha, rodillo
o pistola.
0.374
1.55
0.58
mq08mpa010
h Maquinaria para insuflación de aislamiento en cámaras de aire.
0.115
13.00
1.50
mo030
h Oficial 1ª aplicador de productos aislantes.
0.291
17.24
5.02
mo068
h Ayudante aplicador de productos aislantes.
0.291
16.13
4.69
mo038
h Oficial 1ª pintor.
0.174
17.24
3.00
mo076
h Ayudante pintor.
0.025
16.13
0.40
% Medios auxiliares
2.000
35.01
0.70
% Costes indirectos
3.000
35.71
1.07
Coste de mantenimiento decenal: 9,05€ en los primeros 10 años.
Total
4231
36.78
155613
104
Influencia de la envolvente en demanda térmica y mejoras del Cuartel Francisco Moreno mediante simulación
Trnsys.
ZBV010
m²
Sustitución de vidrios de la
carpintería exterior por
acristalamiento con cámara
"CONTROL GLASS ACÚSTICO Y
SOLAR".
Rehabilitación energética de cerramientos de huecos de fachada, mediante el desmontaje del acristalamiento existente en la carpintería
exterior, fijado sobre carpintería, con medios manuales y carga manual del material desmontado sobre camión o contenedor, y sustitución
por doble acristalamiento Aislaglas "CONTROL GLASS ACÚSTICO Y SOLAR", 6/6/6, de 18 mm de espesor total, con calzos y
sellado continuo.
Descompuesto
Ud
Descomposición
Rend. Preci Precio partida
o
1.006 ####
42.35
mt21veu011aeaca
m² Doble acristalamiento Aislaglas "CONTROL GLASS ACÚSTICO Y SOLAR",
conjunto formado por vidrio exterior Float incoloro de 6 mm, cámara de aire
deshidratada con perfil separador de aluminio y doble sellado perimetral, de 6 mm,
y vidrio interior Float incoloro de 6 mm de espesor, para hojas de vidrio de
superficie menor de 2 m².
mt21sik010
Ud Cartucho de 310 ml de silicona sintética incolora Elastosil WS-305-N "SIKA"
(rendimiento aproximado de 12 m por cartucho).
0.580 2.47
1.43
mt21vva021
Ud Material auxiliar para la colocación de vidrios.
1.000 1.26
1.26
h Oficial 1ª cristalero.
0.493 ####
9.18
mo055
mo110
h Ayudante cristalero.
0.493 ####
8.59
% Medios auxiliares
2.000 ####
1.26
% Costes indirectos
3.000 ####
1.92
Total:
65.99
Coste de mantenimiento decenal: 13,86€ en los primeros 10 años.
ZBV010
m²
Sustitución de vidrios de la
carpintería exterior por
acristalamiento con cámara
"CONTROL GLASS ACÚSTICO Y
SOLAR".
Rehabilitación energética de cerramientos de huecos de fachada, mediante el desmontaje del acristalamiento existente en la carpintería
exterior, fijado sobre carpintería, con medios manuales y carga manual del material desmontado sobre camión o contenedor, y sustitución
por doble acristalamiento Aislaglas "CONTROL GLASS ACÚSTICO Y SOLAR", 6/6/6, de 18 mm de espesor total, con calzos y
sellado continuo.
Descompuesto
Ud
Descomposición
Rend.
Precio
Precio partida
unitario
45.70
45.97
mt21veu011aeacd
m² Doble acristalamiento Aislaglas "CONTROL GLASS ACÚSTICO Y SOLAR",
conjunto formado por vidrio exterior Float incoloro de 6 mm, cámara de aire
deshidratada con perfil separador de aluminio y doble sellado perimetral, de 6
mm, y vidrio interior Float incoloro de 6 mm de espesor, para hojas de vidrio
de superficie entre 4 y 5 m².
1.006
mt21sik010
Ud Cartucho de 310 ml de silicona sintética incolora Elastosil WS-305-N "SIKA"
(rendimiento aproximado de 12 m por cartucho).
0.580
2.47
1.43
mt21vva021
Ud Material auxiliar para la colocación de vidrios.
1.000
1.26
1.26
h Oficial 1ª cristalero.
0.493
18.62
9.18
mo055
mo110
h Ayudante cristalero.
0.493
17.42
8.59
% Medios auxiliares
2.000
66.43
1.33
% Costes indirectos
3.000
Coste de mantenimiento decenal: 14,66€ en los primeros 10 años.
67.76
Total:
105
2.03
69.79
RUBÉN MAGADÁN TOMÁS
106